Επιστήμονες μετρούν με ακρίβεια το χρόνο ζωής ενός νετρονίου

Πλέον ξέρουμε με ακρίβεια 99.9% τη διάρκεια ζωής ενός νετρονίου έξω από τον ατομικό πυρήνα, πριν μετατραπεί σε πρωτόνιο. Πρόκειται για την πιο ακριβή μέτρηση που έχουμε έως σήμερα και αποτελεί βελτίωση κατά δύο φορές σε σχέση με προηγούμενες τεχνικές. Αυτό με τη σειρά του θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς δημιουργήθηκε η πρώτη ύλη στο σύμπαν από μία καυτή σούπα πρωτονίων και νετρονίων στα πρώτα λεπτά του Big Bang.

Η διαδικασία όπου ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο – με την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός νετρίνου σχεδόν χωρίς μάζα – είναι μία από τις πιο εντυπωσιακές διεργασίες για τους φυσικούς. Η προσπάθεια να το μετρήσουμε αυτό με μεγάλη ακρίβεια είναι σημαντική, επειδή το να καταλάβουμε την ακριβή διάρκεια ζωής ενός νετρονίου μπορεί να μας διαφωτίσει στον τρόπο με τον οποίο αναπτύχθηκε το σύμπαν – ενώ θα επιτρέψει και στους φυσικούς να ανακαλύψουν τα ψεγάδια του μοντέλου μας για το υποατομικό σύμπαν που ξέρουμε ότι υπάρχει αλλά κανείς δεν μπόρεσε ακόμα να βρει. – Daniel Salvat, πυρηνικός φυσικός στο Indiana University Bloomington

Με επανειλημμένα πειράματα μεταξύ του 2017 και 2019, οι επιστήμονες μέτρησαν πάνω από 40 εκατομμύρια νετρόνια, συγκεντρώνοντας αρκετά στατιστικά δεδομένα για να διαπιστώσουν το χρόνο ζωής του νετρονίου.

Η διάρκεια ζωής του λοιπόν είναι 14 λεπτά και 38 δευτερόλεπτα.

Όταν τα νετρόνια βρίσκονται στους πυρήνες των ατόμων, μπορεί να παραμείνουν εκεί ακόμα και για δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά όταν τα νετρόνια είναι ελεύθερα εκτός ατόμου μετατρέπονται σε πρωτόνια και άλλα σωματίδια. Τις στιγμές μετά το Big Bang, η καυτή πυκνή ύλη που κατέκλυσε το σύμπαν ψύχθηκε σε quarks και ηλεκτρόνια. Εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου αργότερα, τα quarks δημιούργησαν τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Το να γνωρίζουμε τη διάρκεια ζωής του νετρονίου θα βοηθήσει τους φυσικούς να καταλάβουν αν παίζουν κάποιο ρόλο τα νετρόνια στη δημιουργία της μυστηριώδους μάζας του σύμπαντος που ονομάζουμε σκοτεινή ύλη.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters.