Los físicos han medido la vida útil de los neutrones con más precisión que nunca, informaron los medios. Según un experimento que utilizó un campo magnético para atrapar neutrones ultrafríos, la partícula subatómica tardó un promedio de 877,75 segundos en desintegrarse. Los resultados fueron dos veces más precisos que mediciones similares y fueron consistentes con los cálculos teóricos. Pero no explicaron por qué la duración del neutrón fue casi 10 segundos mayor en el otro experimento.
Las últimas mediciones se presentaron el 13 de octubre en una reunión virtual de la American Physical Society, y el artículo se publicó en Physical Review Letters.
Los resultados son impresionantes, dice la física Shannon Hoogerheide, quien utilizó una técnica competidora para medir la vida útil de los neutrones en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Gaithersburg, Maryland.
decaimiento aleatorio
La mayoría de los neutrones que se encuentran en la naturaleza son parte de núcleos atómicos no radiactivos, donde pueden existir esencialmente para siempre. Pero los neutrones aislados, como los producidos por la fisión nuclear, son inestables y se descomponen en protones. En el proceso, cada neutrón en descomposición emite un electrón y un antineutrón.
El tiempo exacto que tarda un neutrón en desintegrarse es aleatorio, pero el tiempo promedio es de aproximadamente un cuarto de hora. Para obtener un número preciso, el físico nuclear experimental Daniel Salvat de la Universidad de Indiana en Bloomington y sus colegas organizaron un experimento llamado UCNτ en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México. Redujeron la velocidad de los neutrones a temperaturas ultra frías y los colocaron dentro de una “botella” de vacío, una estructura de metal con forma de medio tubo en patineta. El campo magnético en el fondo de la botella evita que los neutrones toquen la superficie.
El equipo mantuvo los neutrones en la botella entre 20 segundos y casi media hora, detectando una chispa de luz cada vez que el neutrón decaía. Al final de cada ciclo, recolectaron y contaron los neutrones restantes, luego volvieron a llenar la botella con neutrones nuevos y comenzaron el proceso nuevamente.
UCNτ comenzó hace más de una década, pero para los resultados recientemente publicados, basados en ejecuciones experimentales en 2017 y 2018, el equipo realizó mejoras que les permitieron reducir a la mitad la tasa de error.
La precisión de los resultados ahora puede competir con los cálculos basados en el Modelo Estándar, la teoría aceptada de las partículas fundamentales, dijo Salvat. “Por primera vez, la precisión experimental está comenzando a acercarse a la precisión teórica. Esto significa que las mejoras futuras podrían poner a prueba el modelo estándar”.
botella y viga
Algunos investigadores usan la técnica de la “botella” para medir la vida útil de los neutrones, mientras que otros, como Hoogerheide, usan métodos que observan la descomposición de las partículas a medida que se mueven a través del haz. Hasta hace unos 15 años, los resultados de estos dos tipos de experimentos coincidían en gran medida dentro del margen de error. Pero a medida que la tecnología se volvió más precisa, comenzaron a tomar caminos separados. Los neutrones en el haz parecen tener una vida media más larga.
Anatolii Serebrov del Instituto de Física Nuclear de Petersburgo en Gatchina, Rusia, señaló que las últimas mediciones de UCNτ no ayudaron a cerrar la brecha. “Incluso teniendo en cuenta este nuevo resultado, la diferencia permanece casi sin cambios.” Dirigió un experimento con una botella de alta precisión en 2005 y señaló por primera vez una posible diferencia.
Para ayudar a resolver el dilema de la vida útil de los neutrones, el físico David Lawrence de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, y sus colaboradores han desarrollado una técnica que utilizan para detectar neutrones en sondas espaciales. “Si hubiera un tercer método, sería muy útil”, dijo Lawrence.
Se entiende que este método se basa en el hecho de que la mayoría de los cuerpos planetarios expulsan neutrones cuando son golpeados por rayos cósmicos. Muchos de los neutrones no lograron escapar de la gravedad del planeta y terminaron volviendo a caer, pero para entonces, algunos de ellos se habían convertido en protones. La comparación del número de neutrones lanzados al espacio con el número de neutrones devueltos da una estimación de la vida útil de los neutrones. “Una porción de los neutrones se despegará, se descompondrá y nunca volverá”, dijo Lawrence, y agregó que dado que la atmósfera de dióxido de carbono de Venus no absorbe bien los neutrones, es una forma ideal de hacer un experimento de este tipo. con una pequeña sonda especializada en órbita alrededor de Venus.
El equipo de UCNτ ha estado realizando algunas mejoras para mejorar aún más la precisión. Hoogerheide y sus colegas del NIST están realizando las mismas mejoras en la técnica del haz, que esperan que sea unas 10 veces más precisa, dijo Lawrence.
