국제 연구원 팀은 초기 우주에 대한 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있는 중성자의 나이를 세계에서 가장 정확하게 측정했습니다.

인디애나 대학교 블루밍턴(Bloomington)의 연구원들이 이끄는 국제 물리학자 팀이 세계에서 가장 정확한 중성자 나이 측정을 발표했습니다.

미국과 해외의 10개 이상의 국립 연구소와 대학의 과학자들을 포함하는 팀의 발견은 10분의 1퍼센트 미만의 불확실성으로 이전 측정에 비해 2배 이상 개선된 것을 나타냅니다.

이 작품은 매거진 10월 13일자에 게재되었습니다. 물리적 검토 메시지. 의 주제이기도 했다 라이브 뉴스 브리핑 2021년 미국 물리학회(American Physical Society) 원자력 물리학과의 가을 회의에서.

IU Bloomington College of Arts and Sciences Department of Physics의 총장인 David Baxter는 말했습니다. “우리는 이 사업의 개척자로서 아이유의 오랜 역할을 자랑스럽게 생각합니다.”

연구 당시 IU와 제휴한 저자는 대학원생인 Nathan Callahan, Maria Dawid 및 Francisco Gonzalez였습니다. 엔지니어 월트 폭스. 물리학 교수 Rudy Chen Yu Liu; 연구원 다니엘 살바트. 및 기계 기술자 John Vanderwerp. (캘러한과 곤잘레스는 현재 각각 아르곤 국립연구소와 오크리지 국립연구소에 소속되어 있다.) 연구는 로스 알라모스 국립 연구소에서 수행되었습니다.

실험의 과학적 목적은 자유 중성자가 원자핵의 경계 밖에서 평균적으로 얼마나 오래 사는지를 측정하는 것입니다.

로스 알라모스(Los Alamos)에서 실험을 이끈 Salvat은 “중성자가 가벼운 전자와 거의 질량이 없는 중성미자를 방출하여 양성자로 ‘붕괴’되는 과정은 물리학자들에게 알려진 가장 매혹적인 과정 중 하나”라고 말했습니다. “이 값을 정확하게 측정하려는 노력은 중성자의 정확한 나이를 이해하는 것이 우주가 어떻게 진화했는지를 밝혀줄 수 있을 뿐만 아니라 물리학자들이 우리가 알고 있지만 아무도 가지고 있지 않은 아원자 우주 모델의 결함을 발견할 수 있도록 해주기 때문에 중요합니다. 아직 찾을 수 있었다. 그녀에서 “.

연구에 사용된 중성자는 Los Alamos 국립 연구소의 Los Alamos Ultracold Neutron Science Center에서 생성되었습니다. UCNtau 실험은 온도가 거의 절대 영도4,000개의 자석으로 둘러싸인 욕조 내부. 30분에서 90분 동안 기다린 후, 연구원들은 자석의 힘으로 중력에 대항하여 상승하면서 대야에 남아 있는 중성자를 세었습니다.

UCNtau 트랩의 독특한 설계는 중성자를 11일 이상 보관할 수 있도록 하여 이전 설계보다 훨씬 더 오래 보관할 수 있어 수명 측정 결과를 왜곡할 수 있는 체계적인 보정의 필요성을 줄입니다. 2년 동안 연구 연구원들은 이 방법을 사용하여 포획된 거의 4천만 개의 중성자를 계산했습니다. 그 노력이 2017년부터 2019년까지 IU 대학원생으로 Los Alamos에서 데이터를 수집하고 출판된 결과의 분석을 주도했던 Gonzalez를 위한 논문 작업이었습니다.

Salvat은 실험 결과가 물리학자들이 쿼크라고 불리는 아원자 입자와 관련이 있고 입자 물리학의 널리 받아 들여지는 “표준 모델”에서 중요한 역할을 하는 “카비보-코바야시-마스쿠아 매트릭스”의 유효성을 확인하거나 부인하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다. 그것은 또한 물리학자들이 중성자의 암흑 물질로의 붕괴와 같은 물리학의 새로운 아이디어가 우주에 대한 이론의 발전에서 수행할 수 있는 잠재적 역할을 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 아마도 최초의 원자핵이 어떻게 형성되었는지 설명하는 데 도움이 될 것입니다.

“중성자의 붕괴를 설명하는 기본 모델은 쿼크의 정체를 바꾸는 것과 관련이 있지만 최근에 개선된 계산에 따르면 이 과정이 이전에 예상한 대로 발생하지 않을 수 있음이 나타납니다.”라고 Salvat이 말했습니다. “중성자의 수명에 대한 우리의 새로운 측정은 이 문제를 해결하기 위한 독립적인 평가를 제공하거나 새로운 물리학의 발견에 대해 많이 찾는 증거를 제공할 것입니다.”

참조: “UCN을 사용한 향상된 중성자 수명 측정$\mathrm{NS}$F.M. Gonzalez, E.M. Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, L.J. Broussard, N.B. Callahan, J.H. Choi, S.M. Clayton, S.A. Currie, M. Dawid, E.B. Dees, B.W. Fox Filippone, 초록 C. O’Shaughnessy, RW Bate Jr., J. Ramsey, DJ Salvat, A. Saunders, EE Sharapov, S. Slutsky, V. Su, X-Sun, Swank, Z. Tang, W. Aurich, J Vanderwerp, B. Wallstrom, Z. Wang, W. Wei 및 R-Young, 2021년 10월 13일, 여기에서 볼 수 있습니다. 물리적 검토 메시지.
arXiv: 2106.10375