Физики точно вычислили время распада «свободных» нейтронов

0
1

Американские физики смогли впервые точно просчитать одно из важнейших внутренних свойств всех элементарных частиц, что позволило им вычислить время жизни нейтронов и приблизиться к решению загадки их нестабильности. Их выводы были опубликованы в журнале Nature.

«Теперь у нас есть точное время жизни нейтрона – 14 минут и 40 секунд с разбросом в плюс-минус 14 секунд. Оно находится ровно посередине между результатами замеров, полученных в ходе двух разных типов экспериментов, и вполне соответствует и тем, и другим. Расчеты на более мощных компьютерах помогут снизить погрешность в три раза и позволят нам понять, что не так с одним из двух наборов опытов», — заявил Энрико Ринальди (Enrico Rinaldi) из Национальной лаборатории в Брукхевене (США).

Нейтроны, электрически нейтральные частицы, вместе с протонами составляют основу всех атомов во Вселенной. В отличие от протонов, нейтроны нестабильны в «одиночном» состоянии и они обычно распадаются примерно через 15 минут после рождения, превращаясь в протон и испуская электрон и антинейтрино.

Этот электрон движется с околосветовой скоростью, и его торможение зачастую приводит к тому, что он испускает фотон высокой энергии. То, какой энергией будет обладать этот фотон, давно интересует физиков, однако до сих пор никто не проводил таких измерений из-за их сложности и низкой чувствительности приборов.

Отсутствие подобных замеров мешает определению точного времени жизни нейтрона и причин, почему он становится нестабильным вне пределов ядер химических элементов. Это знание, в свою очередь, критически важно для раскрытия многих загадок рождения и существования Вселенной, темной материи и энергии.

Ринальди и его коллеги сделали первый шаг к разгадке этих тайн, точно измерив одно из главных свойств всех элементарных частиц – силу так называемых аксиальных токов. Они определяют то, как  «общаются» три основных компонента протонов и нейтронов – кварки, глюоны и W-бозоны, переносчики слабых взаимодействий, одной из фундаментальных сил природы.

При определенных обстоятельствах W-бозон может «сбежать» из нейтрона, что породит вспышку света и заставит частицу превратиться в протон из-за того, что один из кварков поменяет свой тип и заряд. Вероятность подобного исхода событий, как объясняет Ринальди, напрямую зависит от свойств аксиальных токов.

Читайте также:  SpaceX не будет дорабатывать вторую ступень ракеты Falcon-9

Ученые, по его словам, давно пытаются вычислить их силу, однако сделать это достаточно точно им не удавалось из-за сверхвысокой сложности просчета квантовых уравнений, описывающих внутреннюю структуру элементарных частиц и взаимодействий их компонентов. Физики из Брукхевена решили эту проблему, увеличив массу нейтрона на несколько порядков и разработав алгоритм, позволявший им удалять квантовый «шум» из симуляции, особым образом складывая результаты расчетов для множества частиц.

Благодаря этому им удалось снизить уровень погрешностей до рекордно низкого уровня в 1% при вычислении силы аксиальных токов. Это, в свою очередь, позволило Ринальди и его коллегам вычислить точное время жизни нейтрона, частично совпадающее со всеми экспериментальными замерами этого параметра. В ближайшее время ученые планируют накопить больше данных и получить более точное значение, которое позволит им понять, почему разные типы экспериментов дают разное время жизни нейтронов.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here