nauki ścisłe
dodano: 2016-04-20
Zagadki neutronu

Dwa precyzyjne eksperymenty dają różne wartości czasu życia neutronów. Czy jest to skutek błędów pomiarowych, czy sygnał poważniejszego problemu?

 

Na szczęście dla żywych organizmów na ziemi, większość materii w naszym otoczeniu nie jest promieniotwórcza. Uważamy to za oczywiste, chociaż tak naprawdę powinniśmy być zdziwieni, skoro neutron, drugi obok protonu składnik jądra atomowego, nie jest cząstką trwałą i ulega rozpadowi promieniotwórczemu. Neutron we wnętrzu jądra atomu może żyć długo, a nawet wcale się nie rozpaść, ale pozostawiony sam sobie, mniej więcej po 15 min ulega przemianie na inne cząstki. W wyrażeniu „mniej więcej” kryje się niepokojące dla fizyków niezrozumienie neutronu, bo mimo poważnych prób, nie udało się precyzyjnie wyznaczyć czasu życia neutronu.

„Zagadka czasu życia neutronu” nie jest jedynie powodem zakłopotania dla eksperymentatorów; jej rozwiązanie ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia natury całego Wszechświata. Proces odpowiedzialny za rozpad neutronu to jeden z najprostszych przykładów jądrowych oddziaływań słabych, jednego z czterech podstawowych oddziaływań w przyrodzie. Jednak, aby móc powiedzieć, że w pełni rozumiemy, czym jest oddziaływanie słabe, powinniśmy wiedzieć, jak długo żyje neutron. Co więcej, czas życia neutronu miał podstawowe znaczenie dla mechanizmu powstawania lekkich pierwiastków po Wielkim Wybuchu. Kosmolodzy chcieliby więc obliczyć oczekiwane zawartości tych pierwiastków we Wszechświecie i porównać je z wynikami pomiarów astrofizycznych. Zgodność byłaby argumentem za słusznością teorii Wielkiego Wybuchu, a rozbieżność wskazywałaby na istnienie nieodkrytych wciąż cząstek lub zjawisk. Jednak takie porównanie, podkreślmy to z całą mocą, wymaga znajomości czasu życia neutronu.

Mniej więcej 10 lat temu dwa zespoły eksperymentatorów, jeden we Francji oraz drugi w Stanach Zjednoczonych, podjęły niezależnie od siebie próbę bardzo dokładnego zmierzenia czasu życia neutronu. Jeden z autorów, Geltenbort, pracował w pierwszym zespole, a Greene w drugim. Obydwaj na równi z pozostałymi badaczami byliśmy zaskoczeni i cokolwiek zaniepokojeni, kiedy okazało się, że wyniki uzyskane we Francji i w Stanach Zjednoczonych są istotnie różne. Niektórzy teoretycy szukają źródeł rozbieżności w egzotycznej fizyce, np. sugerują, że w obydwu eksperymentach z nieznanych przyczyn jakaś część neutronów mogła rozpadać się na nieodkryte dotąd cząstki. My sami skłaniamy się ku bardziej prozaicznym przyczynom: być może jeden lub obydwa zespoły popełniły jakieś błędy eksperymentalne albo, co jeszcze bardziej prawdopodobne, zbyt optymistycznie oszacowały dokładność uzyskanych wyników. Zespół amerykański niedawno raz jeszcze przejrzał wszystkie źródła niepewności w swoim eksperymencie w nadziei, że rzuci to światło na rozbieżności. Jednak pomimo mozolnej pracy nie dostrzeżono żadnych nowych okoliczności, raz jeszcze potwierdzając wcześniejsze rezultaty. Nieco później inni badacze zweryfikowali dane uzyskane przez zespół Geltenborta. W rezultacie tych działań nasze zakłopotanie wzrosło jeszcze bardziej. Obydwa zespoły nie poddają się jednak, nie ustając w poszukiwaniach rozwiązania powstałej zagadki.

Geoffrey L. Greene i Peter Geltenbort

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 05/2016 »
Drukuj »
Komentarze
Dodany przez: Bogdan | 2016-05-15
W artykule podano dwa eksperymenty w których wyniki czasu życia protonów były różne. Mam pytanie czy uwzględniono wpływ pola magnetycznego na protony?
Pole magnetyczne występuje w doświadczeniu "metoda wiązki" lecz nie występuje w "metodzie butelki". W końcówce artykułu napisano, że protony zachowują się jak maleńkie magnesiki. W związku z tym, pole magnetyczne może chyba oddziaływać na protony (maleńkie magnesiki) i przyspieszać ich rozpad? A to przecież zaobserwowano w doświadczeniach.
bogdan.kiedrowski@op.pl  
Aktualne numery
07/2017
10/2016 - specjalny
Kalendarium
Lipiec
23
W 1983 r. Jerzy Kukuczka i Wojciech Kurtyka jako pierwsi Polacy zdobyli ośmiotysięcznik Gaszerbrum I w paśmie Karakorum.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

dodano: 2016-04-20
Zagadki neutronu

Dwa precyzyjne eksperymenty dają różne wartości czasu życia neutronów. Czy jest to skutek błędów pomiarowych, czy sygnał poważniejszego problemu?

 

Na szczęście dla żywych organizmów na ziemi, większość materii w naszym otoczeniu nie jest promieniotwórcza. Uważamy to za oczywiste, chociaż tak naprawdę powinniśmy być zdziwieni, skoro neutron, drugi obok protonu składnik jądra atomowego, nie jest cząstką trwałą i ulega rozpadowi promieniotwórczemu. Neutron we wnętrzu jądra atomu może żyć długo, a nawet wcale się nie rozpaść, ale pozostawiony sam sobie, mniej więcej po 15 min ulega przemianie na inne cząstki. W wyrażeniu „mniej więcej” kryje się niepokojące dla fizyków niezrozumienie neutronu, bo mimo poważnych prób, nie udało się precyzyjnie wyznaczyć czasu życia neutronu.

„Zagadka czasu życia neutronu” nie jest jedynie powodem zakłopotania dla eksperymentatorów; jej rozwiązanie ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia natury całego Wszechświata. Proces odpowiedzialny za rozpad neutronu to jeden z najprostszych przykładów jądrowych oddziaływań słabych, jednego z czterech podstawowych oddziaływań w przyrodzie. Jednak, aby móc powiedzieć, że w pełni rozumiemy, czym jest oddziaływanie słabe, powinniśmy wiedzieć, jak długo żyje neutron. Co więcej, czas życia neutronu miał podstawowe znaczenie dla mechanizmu powstawania lekkich pierwiastków po Wielkim Wybuchu. Kosmolodzy chcieliby więc obliczyć oczekiwane zawartości tych pierwiastków we Wszechświecie i porównać je z wynikami pomiarów astrofizycznych. Zgodność byłaby argumentem za słusznością teorii Wielkiego Wybuchu, a rozbieżność wskazywałaby na istnienie nieodkrytych wciąż cząstek lub zjawisk. Jednak takie porównanie, podkreślmy to z całą mocą, wymaga znajomości czasu życia neutronu.

Mniej więcej 10 lat temu dwa zespoły eksperymentatorów, jeden we Francji oraz drugi w Stanach Zjednoczonych, podjęły niezależnie od siebie próbę bardzo dokładnego zmierzenia czasu życia neutronu. Jeden z autorów, Geltenbort, pracował w pierwszym zespole, a Greene w drugim. Obydwaj na równi z pozostałymi badaczami byliśmy zaskoczeni i cokolwiek zaniepokojeni, kiedy okazało się, że wyniki uzyskane we Francji i w Stanach Zjednoczonych są istotnie różne. Niektórzy teoretycy szukają źródeł rozbieżności w egzotycznej fizyce, np. sugerują, że w obydwu eksperymentach z nieznanych przyczyn jakaś część neutronów mogła rozpadać się na nieodkryte dotąd cząstki. My sami skłaniamy się ku bardziej prozaicznym przyczynom: być może jeden lub obydwa zespoły popełniły jakieś błędy eksperymentalne albo, co jeszcze bardziej prawdopodobne, zbyt optymistycznie oszacowały dokładność uzyskanych wyników. Zespół amerykański niedawno raz jeszcze przejrzał wszystkie źródła niepewności w swoim eksperymencie w nadziei, że rzuci to światło na rozbieżności. Jednak pomimo mozolnej pracy nie dostrzeżono żadnych nowych okoliczności, raz jeszcze potwierdzając wcześniejsze rezultaty. Nieco później inni badacze zweryfikowali dane uzyskane przez zespół Geltenborta. W rezultacie tych działań nasze zakłopotanie wzrosło jeszcze bardziej. Obydwa zespoły nie poddają się jednak, nie ustając w poszukiwaniach rozwiązania powstałej zagadki.

Geoffrey L. Greene i Peter Geltenbort