ผู้ที่แสวงหาอายุขัยนิวตรอนมีเป้าหมายร่วมกัน: เพื่อให้เข้าใจมากขึ้นว่าเอกภพประกอบขึ้นจากอะไร และองค์ประกอบทั้งหมดมีปฏิสัมพันธ์อย่างไร แต่ทีมใช้กลยุทธ์ที่แตกต่างกัน หลังจากที่นิวตรอนจำนวนมากถูกสร้างขึ้นจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือโรงงานเร่งอนุภาค วิธีการหนึ่งจะกำหนดส่วนที่ตายภายในเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติในรัฐแมริแลนด์ Greene และเพื่อนร่วมงาน Fred Wietfeldt นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยทูเลนในนิวออร์ลีนส์ สร้างลำแสงนิวตรอนเย็นที่บินด้วยความเร็วประมาณ 1,000 เมตรต่อวินาที อนุภาคเหล่านี้บางส่วนจะสลายตัวในขณะที่ยังอยู่ในลำแสง ด้วยการใช้สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์สามารถเลี้ยงโปรตอนที่เหลือที่มีประจุบวกและนับพวกมันได้
ในการคำนวณอายุขัยเฉลี่ยของนิวตรอน
นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องทราบจำนวนนิวตรอนที่อยู่ในลำแสงด้วยเพื่อเริ่มต้น โดยพิจารณาจากการนับปฏิกิริยาระหว่างนิวตรอนกับลิเธียมชิ้นเล็กๆ ในลำแสง
ในการทดลองชุดสุดท้ายของพวกเขา ซึ่งตีพิมพ์ในปี 2548 Greene และ Wietfeldt ตั้งค่าอายุของนิวตรอนไว้ที่ 886.3 วินาที ให้หรือใช้เวลามากกว่าสามวินาที
“สิ่งที่ทำให้เราไม่สามารถวัดค่าได้อย่างแม่นยำเมื่อ 10 ปีที่แล้วเกี่ยวข้องกับการนับนิวตรอน” เจฟฟรีย์ นิโค นักวิจัยของ NIST ซึ่งทำงานร่วมกับทีมบีมกล่าว “เราผลักดันความทันสมัยในการนับนิวตรอน แต่ก็ยังไม่ดีพอ”
ในขณะเดียวกัน ทั่วโลกที่โรงงาน Institut Laue-Langevin ในเมือง Grenoble ประเทศฝรั่งเศส นักฟิสิกส์ Anatolii Serebrov และผู้ทำงานร่วมกันกำลังใช้กลยุทธ์ที่ตรงกันข้าม: แทนที่จะกำหนดจำนวนโปรตอนที่เหลืออยู่โดยนิวตรอนที่ตาย ทีมงานจะบรรจุนิวตรอนและนับ อนุภาคที่อยู่รอด
Serebrov จากสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์ปีเตอร์สเบิร์ก
ในรัสเซียและเพื่อนร่วมงานทำให้นิวตรอนเย็นลงที่อุณหภูมิ 2 มิลลิเคลวินซึ่งสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เพื่อให้มีอนุภาค เมื่อเติมนิวตรอนเย็นจัดและเทออกจากขวด พวกมันจะผ่านเครื่องตรวจจับ โดยการติดตามจำนวนนิวตรอนที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการทดลอง ทีมงานสามารถคำนวณจำนวนอนุภาคที่สลายตัวได้
“หากคุณไม่มีการสูญเสียในขวดของคุณนอกจากการสลายเบต้า คุณก็จะรู้อายุขัยอย่างแน่นอน” Peter Geltenbort ผู้ซึ่งทำงานกับ Serebrov ที่ Institut Laue-Langevin กล่าว
แต่นั่นจะเป็นเรื่องใหญ่ถ้า แม้ว่าขวดจะทำจากโลหะที่สะท้อนนิวตรอน แต่ก๊าซหรือสิ่งเจือปนที่ตกค้างอาจทำให้นิวตรอนถูกดูดซึมได้ นอกจากนี้ บางครั้งอนุภาคที่เด้งกลับสามารถรับพลังงานได้มากพอที่จะหลุดออกจากด้านบนของขวด
ในปี 2548 Serebrov และเพื่อนร่วมงานรายงานว่าอายุการใช้งานของนิวตรอนอยู่ที่ประมาณ 878.5 วินาที การวัดของทีมนั้นแม่นยำภายในไม่กี่วินาที แต่ตัวเลขนี้สั้นกว่าเวลาที่ Greene และ Wietfeldt ตรวจวัดเกือบแปดวินาที และน้อยกว่าค่าเฉลี่ยปัจจุบันที่รายงานโดย Particle Data Group ประมาณสามวินาที
การวัดที่แม่นยำอีกวิธีหนึ่งสามารถช่วยระงับข้อพิพาทได้ แต่ไม่ใช่หากไม่ตรงกับผลลัพธ์ของทีมบีม “หากพวกเขาไม่เห็นด้วย คุณก็รู้ว่าอย่างน้อยหนึ่งในนั้นผิด” Wietfeldt กล่าว
สำหรับตอนนี้ ทั้งสองเผ่ามุ่งมั่นที่จะทำให้การทดลองของพวกเขาสมบูรณ์แบบ Greene กล่าวว่าทีมของเขาเพิ่งปรับเทียบระบบเพื่อประเมินจำนวนนิวตรอนในลำแสงที่มีความแม่นยำมากกว่า 6 เท่า และในขณะที่ Serebrov มุ่งเน้นที่การอัปเดตโครงการที่มีอยู่ของเขา Geltenbort และเพื่อนร่วมงานในฝรั่งเศสกำลังทำงานเกี่ยวกับการตั้งค่าการบรรจุขวดแบบแม่เหล็ก เนื่องจากนิวตรอนตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก นักวิทยาศาสตร์จึงคิดว่าสนามแม่เหล็กจะกักเก็บนิวตรอนไว้อย่างดี
ทั้งสองทีมวางแผนที่จะนำเสนอข้อมูลใหม่เพื่อตรึงอายุของนิวตรอนภายในไม่กี่ปีข้างหน้าอย่างแม่นยำ ซึ่งอาจช่วยให้นักฟิสิกส์ได้รับตัวเลขที่พวกเขารอคอย
“นี่คือทศวรรษแห่งจักรวาลวิทยาที่แม่นยำ” Kolb กล่าว “การประเมินจะไม่ตัดมันอีกต่อไป”
แต่การวัดอายุนิวตรอนนั้นซับซ้อนกว่ามาก ประการหนึ่ง นิวตรอนอิสระมีพลังงานจำนวนมากและมีแนวโน้มที่จะบินไปรอบๆ ซึ่งจำกัดความสามารถในการติดตามนิวตรอนของแม้แต่เครื่องตรวจจับที่ดีที่สุด
Particle Data Group ซึ่งเป็นความร่วมมือระดับนานาชาติที่ทำหน้าที่เป็นผู้มีอำนาจในคุณสมบัติของอนุภาคย่อย ในปัจจุบันทำให้อายุของนิวตรอนอยู่ที่ 881.5 วินาที (14 นาที 41.5 วินาที) ตัวเลขนี้เป็นค่าเฉลี่ยของการวัดที่ดีที่สุดเจ็ดครั้งในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา โดยถ่วงน้ำหนักตามความแม่นยำ แต่ค่ารวมอยู่ในช่วง 878.5 ถึง 889.2 วินาที ในการพูดสิ่งใหม่และน่าสนใจเกี่ยวกับฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องมีการทดลองอิสระที่สม่ำเสมอซึ่งจะตรึงอายุนิวตรอนให้เหลือภายในเสี้ยววินาที
การได้รับค่าดังกล่าวสามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์ในการทดสอบทฤษฎีของพวกเขาเกี่ยวกับวัตถุดิบสำหรับการก่อตัวดาวฤกษ์ ภายในสามนาทีแรกหลังบิ๊กแบง นิวตรอนและโปรตอนรวมตัวกันเพื่อปรุงส่วนผสมเหล่านั้น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน แต่ยังรวมถึงฮีเลียมและลิเธียมด้วย อัตราส่วนที่แน่นอนของส่วนผสมที่สร้างขึ้นในการรวมตัวกันนี้ ซึ่งเรียกว่าการสังเคราะห์นิวเคลียสของบิกแบง ขึ้นอยู่กับความเร็วของนิวตรอนที่ตาย หากปราศจากอายุของนิวตรอน ก็ยากที่จะทดสอบทฤษฎีปัจจุบันที่อธิบายเอกภพยุคแรกๆ
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
