• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Neutroner mäts med oöverträffad precision med hjälp av en magnetogravitationsfälla

    UNCtau "flaskfällan". En kombination av magnetfält och gravitation hindrar neutroner från att fly behållaren. Kredit:Los Alamos National Laboratory

    En studie ledd delvis av fysiker vid Indiana University Center for the Exploration of Energy and Matter skulle kunna ge ny insikt i universums sammansättning omedelbart efter Big Bang – samt förbättra beräkningar som används för att förutsäga stjärnors livslängd och beskriva reglerna som styr den subatomära världen.

    Studien, publicerad 11 maj i tidskriften Vetenskap , rapporterar ett mycket exakt sätt att mäta sönderfallshastigheten för neutroner. En författare om studien, Chen-Yu Liu, är professor vid IU Bloomington College of Arts and Sciences institution för fysik.

    "Detta är en betydande förbättring jämfört med tidigare experiment, sa Liu, som är ledare för UNCtau-experimentet, som använder neutroner från Los Alamos Neutron Science Center Ultracold Neutron-källa vid Los Alamos National Laboratory i New Mexico. "Datan är mycket mer exakt än vad vi har haft tidigare."

    Hastigheten för sönderfallet av neutroner - subatomära partiklar utan laddning - är signifikant eftersom den används för att förutsäga andelen väte och helium i universum några minuter efter Big Bang. Siffran påverkar också beräkningar som används för att bestämma hur snabbt väteatomer brinner upp inuti stjärnor och reglerna som styr elementarpartiklarna som kvarkar och gluoner. Detta beror på att under neutronsönderfall, en "upp" kvarg förvandlas till en "ner" kvarg, en process som fysiker ännu inte helt förstår.

    Forskare använder för närvarande två metoder för att isolera neutroner och beräkna deras sönderfallshastigheter:

    • "Flaska"-metoden:Räknar antalet neutroner som finns kvar över tiden efter att ha blivit instängda i en behållare.
    • "Stråle"-metoden:Mätning av hastigheten för protoner som kommer ut från en neutronstråle som genereras av en kärnreaktor.

    Chris Cude, som var en grundutbildningsstudent vid IU Bloomington vid tiden för studien, tittar på neutrondetektorn i UNCtau-experimentet. Enheten avger grönt ljus när neutroner interagerar med den. Kredit:IU Center for Spacetime Symmetries

    Vissa fysiker betraktar strålmetoden som mer exakt eftersom flaskmetoden riskerar att felräkna neutroner som absorberas i behållaren som försvinnande från förfall. Men studien från Liu och kollegor använder en osynlig behållare gjord av magnetfält och gravitation för att eliminera risken för störningar från fysiskt material. Som ett resultat, experimentet kan mäta en neutrons livstid med hög precision.

    "En neutron skulle tekniskt kunna leva inuti vår fälla i tre veckor, som är mycket längre än några andra tidigare konstruerade "flaskfällor", "Liu sa. "Denna långa fällans livslängd är det som gör det möjligt att uppnå en mycket exakt mätning."

    Användningen av en "magnetogravitationsfälla, " där neutronernas magnetiska laddning och massa hindrar dem från att fly sin behållare, gör det också lättare att mäta neutronerna eftersom flaskan är "locklös, " sa Liu.

    Lius labb gick med i UNCtau-experimentet 2011 för att hjälpa till att återuppliva projektet. Arbetet tog fem år att designa, tillverka, testa och installera sin utrustning vid neutronkällan i Los Alamos, varefter teamet började köra experiment och samla in data. Medlemmar av Lius labb reser regelbundet till New Mexico för att testa utrustning, köra experiment och registrera resultaten.

    "Fem år att få igång ett experiment och producera data är väldigt snabbt inom vårt område, ", sa Liu. "Vi tillbringade ungefär sex månader på plats och sex månader med att skapa hårdvara varje år. Det var verkligen en cykel av snabba prototyper och förbättringar. Vi skulle aldrig ha kunnat renovera tekniken utan den mekaniska och tekniska supporten som finns på IU Center for the Exploration of Energy and Matter."

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com