Allt som utgör stjärnorna, vår planet och livet på den kom till för 13,8 miljarder år sedan som ett resultat av Big Bang. En millisekund efter Big Bang inträffade, neutroner och protoner bildades och började smälta ihop till små atomkärnor. Detta är känt som Big Bang Nucleosynthesis (BBN) era. Under BBN, protoner (väte), stjärnornas huvudsakliga byggstenar, kombinerat med neutroner för att bilda helium och andra ljuselement. Allt detta hände inom det första, ungefär, 20 minuter av detta nya universum.

Neutroner, fastän, är i sig instabila (där livstid, τ, är cirka 881 sekunder) och håller inte länge utanför en atomkärna. Eftersom neutronen förfaller på en tidsskala som liknar perioden för BBN, noggranna simuleringar av BBN -eran kräver grundlig kunskap om neutrons livslängd, den genomsnittliga tid som krävs för att en neutron ska förfalla, men detta värde är fortfarande inte exakt känt. Den här veckan i tidningen Granskning av vetenskapliga instrument , forskare vid Los Alamos National Lab (LANL) rapporterar en spännande ny metod för att mäta den.

Mätningar av neutrons livslängd och noggranna simuleringar av BBN kräver att gamla neutroner frigörs från sina kärnkraftsburar. Christopher Morris från LANL och författare till den nya studien förklarade att neutroner i huvudsak har "fossiliserats" i atomkärnorna. Studerar dessa "fossila partiklar, "då, kan ge en glimt av de tidigaste stunderna i universums existens.

När BBN slutade, de flesta neutroner var inlåsta i kärnorna i heliumatomer. I dag, nästan all materia i universum är fortfarande nära det initiala känsliga förhållandet mellan helium och väte. Förhållandet är viktigt eftersom det avgör hur snabbt vår sol bränner väte, driver livet på jorden.

Antalet neutroner på jorden är ett direkt resultat av BBN och senare processer som inträffade i gamla stjärnor. För 4,5 miljarder år sedan, det fanns äntligen tillräckligt med neutroner runt för att bilda steniga planeter, som jorden, och element som kol och syre, väsentligt för livet.

Morris förklarade att det finns två sätt att mäta neutrons livslängd:Det första är att räkna antalet protoner som produceras när kalla neutroner i en stråle förfaller. Den andra är att fånga neutronerna i en metallflaska, med magnetfält eller till och med via gravitation, liknande hur vatten "fångas" i ett badkar. Metoden som hans grupp har utvecklat använder en magnetisk gravitationsfälla som involverar en kombination av magneter och gravitation.

Fångstmetoden använder mycket kalla partiklar, så kallade ultrakylda neutroner, eller UCN. Antingen flaskbehållarens väggar eller ett magnetfält stöter bort de neutrala UCN:erna, får dem att sväva i enheten. Enligt standardfysik, den enda vägen som dessa neutroner har för flykt är genom förfallet till en proton och en elektron.

Den nya enheten, monterad på LANL, innebär en magnetisk gravitationsfälla med en form speciellt utformad för att röra neutronerna när de fyller fällan. Detta undviker problem i tidigare experiment där långsamtgående neutroner fyllde delar av fällan ojämnt, vilket resulterar i möjligen falska livstidsmätningar.

Tidigare experiment med balkar och behållare tycktes ge skarpt olika neutrontider, den mest exakta mätningen med en flaskfälla skiljer sig med nästan fyra standardavvikelser från den som mäts i en stråle. I resultaten som publicerades i veckan, Morris och medarbetare rapporterar en neutrons livslängd på 878 sekunder, mycket nära det som finns i materialflaskfällor men skiljer sig väsentligt från neutrons livslängd mätt i strålar.

Skillnaden mellan strål- och flaskmätningarna kan bero på ett fortfarande oidentifierat fel. Morris föreslår att en mer exotisk förklaring är att neutroner försvinner från strålen utan att någonsin producera en proton. Detta ökar möjligheten att den något kontroversiella och fortfarande mystiska uppfattningen om mörk materia kan vara inblandad. Framtida studier kommer att utforska dessa spännande möjligheter.