Une équipe internationale de physiciens dirigée par des chercheurs de l’Université de l’Indiana a annoncé la mesure la plus précise au monde de la durée de vie du neutron.



Le but scientifique de l’expérience, que IU mène depuis additionally d’une décennie, est de mesurer combien de temps, en moyenne, un neutron libre vit en dehors des confins des noyaux atomiques.

Les résultats de l’équipe, qui comprend des scientifiques de as well as de 10 laboratoires nationaux et universités aux États-Unis et à l’étranger, représentent une amélioration de moreover du double par rapport aux mesures précédentes – avec une incertitude de moins d’un dixième de pour cent.



Le travail est rapporté dans le numéro du 13 octobre de la revue Actual physical Evaluation Letters. Il a également fait l’objet d’un stage de presse en immediate lors de la réunion d’automne 2021 de la division de physique nucléaire de l’American Physical Society. Une model pré-imprimée du document est disponible.

« Ce travail établit un nouvel étalon-or pour une mesure qui a une relevance fondamentale pour des issues telles que l’abondance relative des éléments créés dans l’univers primitif », a déclaré David Baxter, président du département de l’IU Bloomington College of Arts and Sciences. La physique. « Nous sommes fiers du rôle de longue date d’IU en tant qu’institution leader sur ce travail. »

Les auteurs affiliés à l’IU au second de l’étude étaient les étudiants diplômés Nathan Callahan, Maria Dawid et Francisco Gonzalez l’ingénieur Walt Fox Rudy professeur de physique Chen-Yu Liu chercheur Daniel Salvat et technicien en mécanique John Vanderwerp. (Callahan et Gonzalez sont actuellement affiliés au Laboratoire countrywide d’Argonne et au Laboratoire national d’Oak Ridge, respectivement.) La recherche a été menée au Laboratoire countrywide de Los Alamos.

« Le processus par lequel un neutron ‘se désintègre’ en proton – avec l’émission d’un électron léger et d’un neutrino presque sans masse – est l’un des processus les moreover fascinants connus des physiciens », a déclaré Salvat, qui a dirigé les expériences à Los Alamos. « L’effort pour mesurer cette valeur très précisément est critical automobile comprendre la durée de vie précise du neutron peut faire la lumière sur la façon dont l’univers s’est développé – ainsi que permettre aux physiciens de découvrir des défauts dans notre modèle de l’univers subatomique que nous connaissons mais personne n’a pas encore été en mesure de trouver. »

Les neutrons utilisés dans l’étude sont produits par la source de neutrons ultrafroids du Los Alamos Neutron Science Heart au Los Alamos National Lab. L’expérience UCNtau seize ces neutrons, dont les températures sont abaissées presque au zéro absolu, à l’intérieur d’une « baignoire » bordée d’environ 4 000 aimants. Après avoir attendu 30 à 90 minutes, les chercheurs comptent les neutrons survivants dans la cuve alors qu’ils sont en lévitation contre la gravité par la force des aimants.

La conception unique du piège UCNtau permet aux neutrons de rester stockés pendant as well as de 11 jours, un temps nettement as well as long que les conceptions précédentes, minimisant le besoin de corrections systématiques qui pourraient fausser les résultats des mesures de durée de vie. Sur deux ans, les chercheurs de l’étude ont dénombré environ 40 tens of millions de neutrons capturés à l’aide de cette méthode. Ces attempts étaient le travail de thèse de Gonzalez, qui a collecté les données à Los Alamos en tant qu’étudiant diplômé de l’IU de 2017 à 2019, et a dirigé l’analyse du résultat publié.

Salvat a déclaré que les résultats de l’expérience aideront les physiciens à confirmer ou à nier la validité de la « matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa », qui concerne les particules subatomiques appelées quarks et joue un rôle significant dans le « modèle normal » largement accepté de la physique des particules. Cela aidera également les physiciens à comprendre le rôle potentiel que de nouvelles idées en physique, telles que la désintégration des neutrons en matière noire, peuvent jouer dans l’évolution des théories sur l’univers, ainsi que peut-être aider à expliquer remark les premiers noyaux atomiques ont été formés.

« Le modèle sous-jacent expliquant la désintégration des neutrons implique que les quarks changent d’identité, mais des calculs récemment améliorés suggèrent que ce processus pourrait ne pas se produire comme prévu », a déclaré Salvat. « Notre nouvelle mesure de la durée de vie des neutrons fournira une évaluation indépendante pour régler ce problème, ou fournira des preuves très recherchées pour la découverte d’une nouvelle physique. »