Sciencemag.cz
Doporučujeme
Neutron mimo atomové jádro není stabilní, má střední dobu života jen asi 15 minut. Existují dvě hlavní metody, jimiž se doba života neutronu měří; takto získané výsledky se od sebe liší až o 15 s, což je samozřejmě hodně (hlavně relativně vzhledem k samotnému poločasu).
Ony dvě techniky jsou „kontejner“ a „paprsky“. V prvním případě prostě počítáme, jaký podíl z původního počtu neutronů zůstane po určité době v uzavřeném prostoru. Ve druhém případě měříme protony, které vzniknou při průchodu neutronů (neutronového paprsku o určité intenzitě) elektromagnetickou pastí.
Viz také: Neutronová anomálie a temná hmota
Nyní v nové studii publikované v časopise Physical Review Letters tým vědců provedl dosud nejpřesnější měření doby života neutronu pomocí kontejnerové techniky. Experiment UCNtau (Ultra Cold Neutrons tau, kde tau označuje dobu života neutronu) vedl k závěru, že poločas rozpadu neutronu je 14,629 minuty (+/- 0,005 minuty; respektive v sekundách je to 877,75 +/- 0,34 s). Jedná se o dvakrát přesnější výsledek, než dokázala poskytnout předcházející měření – i když se tím nijak nevysvětluje, proč se výsledky získané oběma metodami od sebe lišily. Stále platí, že buď implementace jedné z metod prostě obsahuje nějakou chybu, nebo do hry vstupuje dosud neznámý fyzikální jev.
Experiment se uskutečnil pomocí ultrachladné zmagnetizované nádoby velikosti vany, v níž se neutrony rozpadaly na protony. Do experimentu bylo celkem zahrnuto 40 milionů neutronů. Aby se předešlo možnému vědomému nebo nevědomému zkreslení vzhledem k očekávaným výsledkům, měření prováděly na sobě nezávisle tři skupiny (Caltech, Indiana University a Los Alamos National Laboratory). Navíc všechny týmy pracovaly s falešnými hodinami, takže lidé nevěděli, jaký čas ve skutečnosti uplynul. A ačkoliv všechny tři týmy použily k vyhodnocení experimentu (analýze dat) různé přístupy včetně strojového učení, jejich výsledky se shodovaly – rozdíly mezi nimi byly menší než stanovená statistická chyba.
Jedním z problémů při studiu rozptýlených neutronů je, že se mohou snadno vázat na atomy. Atomová jádra v experimentální aparatuře mohou neutrony snadno pohltit, proto bylo třeba v komoře vytvořit velmi čisté vakuum bez přítomnosti dalších plynů. Neutrony je také třeba speciálně zpomalovat, aby mohly být zachyceny magnetickým polem a pak se daly spočítat. Neutrony se ochlazují v několika krocích, poslední z nich byl kontakt s velkým pevným kusem zmrzlého deuteria.
Improved neutron lifetime measurement with UCNτ, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.162501 , journals.aps.org/prl/accepted/ … 9630f8de021af1aba78c
Improved neutron lifetime measurement with UCNτ, arXiv:2106.10375 [nucl-ex] arxiv.org/abs/2106.10375
Zdroj: California Institute of Technology / Phys.org
