Учени измериха продължителността на живота на неутрон в космическото пространство. Допустимият риск от грешка означава, че все още не можем да я сведем до конкретна стойност, но веднъж щом техниката се подобри, тя ще промени представата ни за вселената.
Когато се помещават на сигурно място в ядрото на атома, субатомните частици, които наричаме неутрони, имат сравнително стабилно съществуване. Веднъж щом бъдат изхвърлени от ядрото обаче, животът им намалява значително.
С колко точно? Все още не знаем, тъй като методите ни за измерване връщат два различни резултата. Учените обаче са готови на всичко, за да намерят решение на този проблем. Новият изчислителен метод, прилаган върху неутроните в Космоса, може да ни помогне да разгадаем мистерията.
Това от своя страна ще ни позволи да научим повече за бързи се сформират елементите в „супата“ на частиците, която е изпълнила Вселената след Големия взрив – преди приблизително 13.8 млрд. години.
Този процес е известен като нуклеосинтеза на Големия взрив и се смята, че е станал между 10 секунди и 20 минути след Големия взрив. Ако знаят колко дълго могат неутроните да оцелеят самостоятелно, космолозите ще могат да прецизират горната граница на тази времева рамка.
„Това е първият път, в който някой измерва продължителността на живота на неутрон в Космоса“, казва планетарният учен Джак Уилсън от лабораторията за приложна физика към университета „Джонс Хопкинс“. Той е и водещият автор на новото проучване.
От 90-те години насам се използват два различни класа експерименти, които се опитват да измерят продължителността на живота на неутрона: „бутилката“ и „лъчът“. При първия учените създават капан – механичен, гравитационен, магнитен или комбинация от трите. След това измерват колко време отнема на неутроните в него, за да се разпаднат. В метода с лъча изследователите изстрелват лъч с неутрони и броя на протоните и електроните, които се появяват в резултат от разпадането на неутроните.
И двата метода са изключително прецизни. Съществува обаче един голям проблем. Методът с бутилката връща краен среден резултат от 879.5 секунди (или 14 минути и 39 секунди) – с 0.5-секундна допустима грешка. Методът с лъча връща среден резултат 888 секунди (или 14 минути и 48 секунди) с 2-секундна допустима грешка.
Може и да ви се струва, че разлика от 9 секунди не е много, но когато се опитваш да откриеш продължителността на живота на неутрон – тя е огромна. Тук на помощ идва Космосът.
Когато космическите лъчи, които прелитат постоянно през космоса, се сблъскат с атомите на повърхността на планетата или в нейната атмосфера, някои неутрони се освобождават. Те си проправят път към Космоса, докато в края на краищата не се разпаднат. Теоретично на по-големи височини би трябвало да има по-малко неутрони. Човек обаче трябва да разполага с правилния инструмент на правилната височина, за да направи измерванията.
В периода 2011-2015 космическият апарат MESSENGER на NASA се намираше в орбитата на Меркурий. Пътят му дотам бе изпълнен с редица препятствия – той трябваше да прелети два пъти край Венера и три пъти край Меркурий. Прелитайки край Венера неговият неутронен спектометър събира данни от неутроните, изхвърляни от планетата със скорост няколко километра в секунда.
Източник: "Джонс Хопкинс"
При минимална височина от 339 км MESSENGER е бил достатъчно близо до максималната дистанция, които тези неутрони са могли да изминат, преди да се разпаднат. Подобни измервания са направени и при прелитането на апарата край Меркурий при минимална височина от 205 км.
„Това е досущ като един голям експеримент тип „бутилка“, но вместо да използваме стени и магнитни полета, ние си служим с гравитацията на Венера, за да ограничим неутроните за период от време, сходен с продължителността на живота им“, добавя Уилсън.
Използвайки модели, екипът преценява броя на неутроните, които MESSENGER трябва да преброи на височината, на която се намира над Венера, тъй като периодът за полуразпад на неутроните би бил между 10 и 17 минути. При по-кратък живот, по-малко неутрони оцеляват достатъчно дълго, за да достигнат неутронния детектор на MESSENGER. Според тези модели живот от порядъка на 780 секунди (13 минути) пасва най-добре.
Но този резултат също е с допустима грешка от 60 секунди – горе-долу колкото при експериментите с бутилката и лъча. Това означава, че продължителността на живота на неутрона все още не е определена с максимална точност. По-прецизните измервания ще изискват специална космическа мисия, вероятно до Венера, тъй като нейната плътна атмосфера. Изследователите се надяват да проектират и създадат инструмент за такава мисия, който може да направи високо прецизно измерване на периода за полуразпад на неутроните.
Източник: Science Alert
