Neutronii liberi au o viață limitată: se dezintegrează în circa 14-15 minute. Timpul de viață al neutronului însă nu este bine cunoscut – ba mai mult, există două măsurători care nu sunt compatibile.
Un nou experiment a efectuat prime masuratori in spatiu, folosing planetele Venus si Mercur ca surse de neutroni.
Neutronii fac parte din nucleele atomilor, impreuna cu protonii. Scosi insa din nuclee neutronii liberi nu sunt particule stabile, ci se dezintegreaza. Un neutron da astfel nastere unui proton, unui electron si unui antineutrino electronic.
Care este durata de viata a neutronilor liberi? La ora actuala exista doua valori, masurate in experimente ce folosesc metode diferite. Intr-un experiment neutronii sunt capturati intr-un recipient si se masoara durata vietii acestora – adica timpul pana cand dispar.
Aceasta metoda da o durata a vietii medii a neutronului de 14 minute si 39 de secunde. A doua metoda foloseste un fascicol de neutroni si masoara numarul de protoni generati din dezintegrarea neutronilor . Rezultatul este de 14 minute si 48 de secunde – deci cu 9 secunde mai mult decat prima metoda! 9 secunde ar putea sa nu para prea mult – insa precizia ambelor metode este mai mare, astfel incat diferenta devine relevanta.
La mijloc ar putea sa fie o noua fizica – adica procese care la ora actuala nu le luam in calcul intr-una din metode si care sa aiba ca efect aceasta diferenta. Totusi, la mijloc s-ar putea sa fie asa-numite erori sistematice, adica legate de metoda experimentala folosita, si de care cercetatorii nu tin cont.
Cat de important este sa stim durata vietii neutronului cu mare precizie? Extrem de important – din cel putin doua motive: in functie de cat traieste neutronul avem valori diferite, imediat dupa Big Bang, pentru compozitia chimica – formarea elementelor, ceea ce este important pentru a intelege cum a evoluat Universul si cum au luat nastere actualele structuri.
Pe de alta parte Modelul Standard al fizicii particulelor elementare poate fi folosit pentru a calcula cu mare precizie viata neutronului: aceasta rezulta ca fiind 14 minute si 39 de secunde – exact cat prima valoare experimentala. Daca totusi durata de viata ar fi mai lunga, ca in al doilea experiment – acest fapt ar fi semnalul unei noi fizici.
In acest context un grup de oameni de stiinta a avut idea de a folosi un experiment in spatiu pentru a masura viata neutronului.
Metoda si primele rezultate au fost prezentate recent intr-un articol publicat in Physical Review Research de cercetatorii de la Durham University, UK, si John Hopkins Applied Physical laboratory, USA. Acestia au folosit date care provin de la misiunea spatiala NASA MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) pentru a obtine o prima valoare a duratei de viata a neutronilor care se formeaza in atmosfera planetei Venus in urma bombardamentului acesteia cu raze cosmice care produc reactii in care iau nastere neutroni.
Masuratori efectuate la diverse altitudini deasupra planetei Venus si care masoara fluxul de neutroni pot stabili aceasta durata de viata a neutronilor. Prima valoare obtinuta este de 13 minute insa cu o eroare de 130 de secunde, legata de fluctuatii ale numarului de neutroni produsi de-a lungul zilei si o cunoastere doar aproximativa e compozitiei chimice a planetei si atmosferei acesteia.
Masuratorile continua, atat asupra planetei Mercur cat si a planetei Venus si se spera sa se reuseasca obtinerea unui rezultat mai precis. Metoda este oarecum asemanatoare cu prima despre care v-am relatat, adica neutroni produsi intr-un „recipient” care dezintegrandu-se scad ca numar. Aici recipientul sunt planetele Mercur si Venus.
Pentru a efectua insa masuratori mult mai precise este nevoie de a pregati si trimite in spatiu o noua misiune spatiala dedicata, care sa masoare timpul de viata a neutronilor folosinf planeta Venus, care are o atmosfera importanta si, fiind mai mare decat Mercur, o atractie gravitationala care sa mentina neutronii, mai mare.
La ora actuala cercetatorii proiecteaza un nou experiment, care sa rezolve in spatiu misterul duratei de viata a neutronului, cu implicatii importante in istoria si evolutia Universului, dar si a fizicii moderne.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro