Исследователи из университета Индианы, совместно с их коллегами из других научных учреждений и из других стран, произвели самые точные измерения времени существования свободных нейтронов, нейтронов, находящихся вне пределов атомных ядер. Полученные учеными результаты имеют уровень погрешности менее, чем в одну десятую процента, и такая точность превосходит практически в два раза точность подобных предыдущих измерений.
"Процесс распада нейтрона, при котором образуется протон, электрон и почти невесомая частица-нейтрино, является одним из самых захватывающих процессов, известных физикам-ядерщикам" - пишут исследователи, - "Высокоточное измерение времени существования свободных нейтронов также является важной частью современной науки, так как эти знания могут пролить свет на некоторые загадки формирования и развития Вселенной, плюс, это позволит физикам обнаружить недостатки в существующих моделях, описывающих "работу" Вселенной на субатомном уровне".
Нейтроны, которые являлись предметом данных исследований, вырабатывались источником Los Alamos Neutron Science Center Ultracold Neutron source, расположенным в национальной лаборатории Лос-Аламос. Устройство UCNtau захватывает эти нейтроны, охлаждает их до температуры, близкой к абсолютному нулю, и удерживает их в вакуумной камере при помощи 4 тысяч магнитов, вырабатывающих магнитное поле сложной конфигурации. После 30-90 минут ожидания ученые пересчитывают количество пойманных в ловушку "выживших" нейтронов.
Уникальная конструкция установки UCNtau позволяет хранить "замороженные" нейтроны на протяжении 11 суток, значительно дольше, чем это могут делать другие подобные установки. Более чем за два года исследователи пересчитали около 40 миллионов нейтронов, а анализ собранных данных позволил установить длительность существования свободного нейтрона, которая составила 877.75 секунды со статистической погрешностью в 0.28 секунды и системной ошибкой в +0.22/-0.16 процента.
Полученные учеными значения позволят им в ближайшем будущем подтвердить или опровергнуть законность так называемой CKM-матрицы (матрицы Кабиббо - Кобаяси - Маскавы, Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix), теории, касающейся субатомных частиц, называемых кварками, и играющей важную роль в Стандартной Модели физики элементарных частиц.
Также все это может помочь физикам проверить новые идеи, такие, как возможность распада нейтронов в частицы темной материи, что даст новый толчок теориям о развитии Вселенной и предоставит возможность объяснения механизмов, за счет которых в ранней Вселенной образовались ядра первых атомов.
