¿Cuánto tiempo puede «vivir» un neutrón fuera del núcleo de un átomo?

La vida útil de un neutrón es un parámetro importante en el modelo estándar porque se utiliza como entrada para calcular la matriz de mezcla de quarks, que describe las tasas de decaimiento de los quarks. Si los quarks no se mezclan como esperamos, esto sugiere una nueva física más allá del modelo estándar.

Para resolver un misterio de larga data sobre cuánto tiempo puede «vivir» un neutrón fuera del núcleo de un átomo, los físicos han ideado una teoría descabellada pero comprobable que postula una versión dextrógira de nuestro universo dextrógiro.

Diseñaron un experimento interesante en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía para tratar de detectar una partícula que se predijo pero no se detectó. Si se encuentra, entonces el «neutrón espejo» teórico – un materia oscura gemelo para neutrónPodría explicar la discrepancia entre las respuestas de dos tipos de experimentos de vida útil de neutrones y proporcionar la primera observación de materia oscura.

maíz Los núcleos están formados por neutrones y protones.. Estas partículas también pueden vivir fuera de los núcleos. El año pasado, utilizando el Centro de Ciencia de Neutrones de Los Álamos, los científicos revelaron cuánto tiempo viven los neutrones libres antes de que se descompongan o se conviertan en protones. electronesy antineutrinos.

Respuesta: 877,8 segundos, más o menos 0,3 segundos, o poco menos de 15 minutos. Este estudio insinuó una fisura en Modelo estándar de física de partículas.

Para medir la vida útil de un neutrón libre, los científicos diseñaron dos métodos: uno atrapa los neutrones en una botella magnética y calcula su desaparición. Los protones de la otra cuenta aparecen en un haz a medida que decaen los neutrones. Los neutrones parecen vivir nueve segundos más en un haz que en una botella.

Leah Broussard de ORNL, quien dirigió el estudio, dijo: «A lo largo de los años, los físicos desconcertados han considerado muchas razones para esta discrepancia. Una teoría dice que un neutrón cambia de un estado a otro. La oscilación es un fenómeno mecánico cuántico. Si un neutrón puede existir como un neutrón normal o un neutrón inverso, usted puede tener este tipo de oscilaciones, y oscila hacia adelante y hacia atrás entre los dos estados, siempre que esta transición no esté prohibida”.

El equipo dirigido por ORNL realizó la primera búsqueda de neutrones que oscilan en los neutrones de espejo de materia oscura mediante el uso de un método avanzado de desaparición y regeneración. La fuente de neutrones por espalación, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, produjo neutrones. Se dirigió un haz de neutrones al magnetómetro SNS. El instrumento fue utilizado por Michael Fitzsimmons, un físico con fechas conjuntas en ORNL y la Universidad de Tennessee, Knoxville, para fortalecer las oscilaciones entre los estados de neutrones. Luego, el haz entró en contacto con una «pared» de carburo de boro, un poderoso absorbente de neutrones.

Si un neutrón oscila entre los modos normal y espejo, interactuará con los núcleos atómicos cuando golpee una pared y sea absorbido por ella. Pero la materia oscura no interactuaría si estuviera en su llamada configuración especular de neutrones.

Entonces solo los neutrones invertidos atravesarán la pared hacia el otro lado. Sería como si los neutrones hubieran pasado a través de una «puerta de entrada» a un sector oscuro, un concepto simbólico utilizado en la comunidad física. No obstante, disfruté los informes de prensa sobre trabajos anteriores relacionados con tomarme la libertad con la idea, comparando el universo teórico del espejo que el equipo de Broussard está explorando con la realidad alternativa «Upside Down» en la serie de televisión «Stranger Things». Los experimentos del equipo no estaban explorando un verdadero portal a un universo paralelo.

El coautor Yuri Kamishkov, físico de la Universidad de Texas que y sus colegas han perseguido durante mucho tiempo las ideas de las oscilaciones de neutrones y los neutrones espejo, «La dinámica es la misma en el otro lado de la pared, donde estamos tratando de inducir lo que se supone que son neutrones invertidos, el doble estado de la materia oscura, nuevamente en neutrones regulares. Si vemos neutrones en regeneración, podría indicar que vimos algo extraño. Descubrir la naturaleza particulada de la materia oscura tendrá repercusiones. Enormes”.

broussard dijo, «Conclusión: no se observó evidencia de regeneración de neutrones. El cien por ciento de los neutrones se detuvo; el cero por ciento atravesó la pared. Independientemente, el resultado sigue siendo importante para el desarrollo del conocimiento en este campo».

«Al desacreditar una teoría de la materia del espejo, los científicos recurren a otros para tratar de resolver el misterio de la edad del neutrón. Continuaremos buscando la causa de la discrepancia. Las actualizaciones en curso en HFIR harán posibles búsquedas más sensibles porque el reactor producirá un flujo mucho mayor de neutrones, y el detector blindado en el difractómetro de dispersión de neutrones de ángulo pequeño tiene un fondo bajo”.

Debido a que el riguroso experimento no encontró evidencia de neuronas espejo, los físicos descartaron una teoría descabellada. Esto los acerca a resolver el rompecabezas.

Referencia de la revista:

1. LJ Broussard, JL Barrow, et al. Investigación experimental sobre la inversión de neutrones de las oscilaciones de neutrones como explicación de las anomalías en la vida útil de los neutrones. DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.212503