Koliko dugo neutron može "živjeti" izvan atomske jezgre?

Koliko dugo neutron može "živjeti" izvan atomske jezgre?

O tempo de vida do nêutron é um parâmetro significativo no Modelo Padrão porque é usado como entrada para o cálculo da matriz de mistura de quarks, que descreve as taxas de decaimento dos quarks. Se os quarks não se misturam como esperamos, isso sugere uma nova física além do Modelo Padrão.

Para resolver um antigo quebra-cabeça sobre quanto tempo um nêutron pode “viver” fora de um núcleo atômico, os físicos entretiveram uma teoria selvagem, mas testável, postulando a existência de uma versão destra do nosso universo canhoto.

Eles projetaram um experimento interessante no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia para tente detectar uma partícula que tenha sido especulada, mas não detectada. Se encontrado, o “nêutron espelho” teorizado – um gêmeo de matéria escura do nêutron – poderia explicar uma discrepância entre as respostas de dois tipos de experimentos de vida de nêutrons e fornecer a primeira observação da matéria escura.

Os núcleos do átomo consistem em nêutrons e prótons. Essas partículas também podem viver fora dos núcleos. No ano passado, usando o Centro de Ciências de Nêutrons de Los Alamos, os cientistas revelaram quanto tempo os nêutrons livres vivem antes de se decomporem ou se transformarem em prótons, elétrons e anti-neutrinos.

A resposta — 877,8 segundos, mais ou menos 0,3 segundos, ou um pouco menos de 15 minutos. Esse estudo sugeriu uma rachadura no Modelo Padrão da física de partículas.

Leah Broussard
Oak Leah Broussard, do Ridge National Laboratory, mostra uma “parede” de absorção de nêutrons que interrompe todos os nêutrons, mas em teoria permitiria a passagem de nêutrons-espelho hipotéticos. Crédito: Genevieve Martin/ORNL, Departamento de Energia dos EUA

Para medir o tempo de vida do nêutron livre, os cientistas projetaram duas abordagens : Um prende nêutrons em uma garrafa magnética e conta seu desaparecimento. Os prótons da outra contagem aparecem em um feixe à medida que os nêutrons decaem. Os nêutrons parecem viver nove segundos a mais em um feixe do que em uma garrafa.

Leah Broussard, do ORNL, que liderou o estudo, disse: anos, físicos perplexos consideraram muitas razões para a discrepância. Uma teoria é que o nêutron se transforma de um estado para outro. A oscilação é um fenômeno da mecânica quântica. Se um nêutron pode existir como um nêutron regular ou espelho, você pode obter esse tipo de oscilação, balançando para frente e para trás entre os dois estados, desde que essa transição não seja proibida.

ORNL’s Matthew Frost and Leah Broussard
Da esquerda, Matthew Frost e Leah Broussard do ORNL usaram um espalhamento de nêutrons instrumento na Spallation Neutron Source para procurar um gêmeo de matéria escura para o nêutron. Crédito: Genevieve Martin/ORNL, Departamento de Energia dos EUA

    A equipe liderada pelo ORNL conduziu a primeira busca por nêutrons oscilando em nêutrons espelhados de matéria escura, utilizando um método de desaparecimento e regeneração de ponta. A Spallation Neutron Source, uma instalação do usuário do DOE Office of Science, produziu os nêutrons. Um feixe de nêutrons foi direcionado para o reflectômetro magnético no SNS. O instrumento foi utilizado por Michael Fitzsimmons, um físico que ocupa cargos conjuntos no ORNL e na Universidade do Tennessee, em Knoxville, para fortalecer as oscilações entre os estados de nêutrons. Então, o feixe entrou em contato com uma “parede” de carboneto de boro, um potente absorvedor de nêutrons.

    Se o nêutron flutuar entre os modos regular e espelhado, ele irá interagir com os núcleos atômicos quando atinge a parede e é absorvido por ela. Mas a matéria escura não irá interagir se estiver em sua configuração hipotética de nêutrons-espelho.

    Então apenas os nêutrons-espelho passariam pela parede até o outro lado. Seria como se os nêutrons tivessem passado por um “portal” para algum setor escuro – um conceito figurativo usado na comunidade de física. No entanto, as reportagens da imprensa sobre trabalhos anteriores se divertiram tomando liberdades com a ideia, comparando o universo espelhado teorizado que a equipe de Broussard está explorando com a realidade alternativa “Upside Down” na série de TV “Stranger Things”. Os experimentos da equipe não estavam explorando um portal literal para um universo paralelo.

    O co-autor Yuri Kamyshkov, um físico da UT que com colegas há muito perseguia as ideias de oscilações de nêutrons e nêutrons espelho, disse: “A dinâmica é a mesma do outro lado da parede, onde tentamos induzir o que são presumivelmente nêutrons espelhados – o estado gêmeo da matéria escura – a se transformarem em nêutrons regulares. Se virmos nêutrons regenerados, isso pode sinalizar que vimos algo exótico. A descoberta da natureza das partículas da matéria escura teria implicações tremendas.”ORNL’s Matthew Frost and Leah Broussard

    Broussard disse, ORNL’s Matthew Frost and Leah Broussard “A conclusão: Nenhuma evidência de regeneração de nêutrons foi observada. Cem por cento dos nêutrons pararam; zero por cento atravessou a parede. Independentemente disso, o resultado ainda é importante para o avanço do conhecimento neste campo.”ORNL’s Matthew Frost and Leah Broussard

    ORNL’s Matthew Frost and Leah Broussard“ Com uma teoria da matéria-espelho em particular desmascarada, os cientistas recorrem a outras para tentar resolver o quebra-cabeça da vida dos nêutrons. Vamos continuar procurando o motivo da discrepância. Atualizações em andamento no HFIR tornarão possíveis pesquisas mais sensíveis porque o reator produzirá um fluxo muito maior de nêutrons, e o detector blindado em seu difratômetro de espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo tem um fundo mais baixo.

      ORNL’s Matthew Frost and Leah Broussard

      Como o experimento rigoroso não encontrou evidências de neurônios-espelho, os físicos puderam descartar um teoria mirabolante. E isso os aproxima da solução do quebra-cabeça.

      Referenca dnevnika:

        1. EU. J. Broussard, J.L. Barrow, et ai. Pesquisa Experimental de Nêutrons para Espelhar Oscilações de Nêutrons como Explicação da Anomalia de Vida de Nêutrons. DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.212503

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