Des physiciens ont réalisé la mesure la plus précise au monde de l’âge d’un neutron

Détecteur de neutrons ultra-froids à haute efficacité utilisé dans un piège “baignoire”. Crédit : Laboratoire national de Los Alamos/Michael Pierce

Une équipe internationale de chercheurs a effectué la mesure la plus précise au monde de l’âge d’un neutron, ce qui peut aider à répondre aux questions sur l’univers primitif.

Une équipe internationale de physiciens dirigée par des chercheurs de l’Université d’Indiana à Bloomington a annoncé la mesure la plus précise au monde de l’âge d’un neutron.

Les résultats de l’équipe, qui comprend des scientifiques de plus de 10 laboratoires nationaux et universités aux États-Unis et à l’étranger, représentent une amélioration de plus du double par rapport aux mesures précédentes – avec une incertitude de moins d’un dixième de pour cent.

L’ouvrage a été publié dans le numéro du 13 octobre du magazine messages d’examen physique. a également fait l’objet d’une Point de presse en direct Lors de la réunion d’automne 2021 de la Division de physique nucléaire de l’American Physical Society.

a déclaré David Baxter, président du département de physique de l’IU Bloomington College of Arts and Sciences. “Nous sommes fiers du rôle de longue date d’IU en tant que pionnier dans ce secteur.”

Les auteurs affiliés à IU au moment de l’étude étaient des étudiants diplômés Nathan Callahan, Maria Dawid et Francisco Gonzalez. Ingénieur Walt Fox. professeur de physique Rudy Chen Yu Liu; Chercheur scientifique Daniel Salvat. et technicien en mécanique John Vanderwerp. (Callaghan et Gonzalez sont actuellement affiliés au Argonne National Laboratory et au Oak Ridge National Laboratory, respectivement.) La recherche a été menée au Laboratoire national de Los Alamos.

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Le but scientifique de l’expérience est de mesurer combien de temps un neutron libre vit, en moyenne, en dehors des limites des noyaux atomiques.

“Le processus par lequel un neutron” se désintègre ” en proton – avec l’émission d’un électron léger et d’un neutrino presque sans masse – est l’un des processus les plus fascinants connus des physiciens “, a déclaré Salvat, qui a dirigé les expériences à Los Alamos. « L’effort pour mesurer précisément cette valeur est important car comprendre l’âge exact du neutron peut faire la lumière sur l’évolution de l’univers – ainsi que permettre aux physiciens de découvrir des failles dans notre modèle de l’univers subatomique que nous connaissons mais que personne n’a encore été en mesure de trouver. sur elle “.

Les neutrons utilisés dans l’étude sont produits par le Los Alamos Ultracold Neutron Science Center du Laboratoire national de Los Alamos. L’expérience UCNtau a capturé ces neutrons, dont la température chute à près de zéro absoluA l’intérieur d’une baignoire entourée de 4000 aimants. Après avoir attendu 30 à 90 minutes, les chercheurs comptent les neutrons restants dans le bassin alors qu’ils s’élèvent contre la gravité avec la force de l’aimant.

La conception unique du piège UCNtau permet aux neutrons de rester stockés pendant plus de 11 jours, beaucoup plus longtemps que les conceptions précédentes, réduisant ainsi le besoin de corrections systématiques pouvant fausser les résultats des mesures de durée de vie. Au cours de deux ans, les chercheurs de l’étude ont compté près de 40 millions de neutrons capturés à l’aide de cette méthode. Ces efforts étaient le travail de thèse de Gonzalez, qui a collecté des données à Los Alamos en tant qu’étudiant diplômé de l’IU de 2017 à 2019, et a dirigé l’analyse du résultat publié.

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Salvat a déclaré que les résultats de l’expérience aideront les physiciens à confirmer ou à nier la validité de la “Matrice Kabibo-Kobayashi-Maskua”, qui concerne les particules subatomiques appelées quarks et joue un rôle important dans le “Modèle standard” largement accepté de la physique des particules. Cela aidera également les physiciens à comprendre le rôle potentiel que de nouvelles idées en physique, telles que la désintégration des neutrons en matière noire, peuvent jouer dans le développement de théories sur l’univers, et aidera peut-être à expliquer comment les premiers noyaux atomiques se sont formés.

“Le modèle de base expliquant la désintégration des neutrons implique que les quarks changent d’identité, mais des calculs récemment améliorés indiquent que ce processus pourrait ne pas se produire comme prévu”, a déclaré Salvat. “Notre nouvelle mesure de la durée de vie des neutrons fournira une évaluation indépendante pour régler ce problème, ou fournira des preuves très recherchées pour la découverte d’une nouvelle physique.”

Référence : « Mesure améliorée de la durée de vie des neutrons à l’aide de l’UCNN.-É.Par F.M. Gonzalez, E.M. Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, L.J. Broussard, N.B. Callahan, J.H. Choi, S.M. Clayton, S.A. Currie, M. Dawid, E.B. Dees, B.W. Fox Viewpone résumé C. O’Shaughnessy, RW Bate Jr., J. Ramsey, DJ Salvat, A. Saunders, EE Sharapov, S. Slutsky, V. Su, X-Sun, Swank, Z. Tang, W. Aurich, J Vanderwerp, B. Wallstrom, Z. Wang, W. Wei et R-Young, 13 octobre 2021, disponible ici. messages d’examen physique.
arXiv : 2106.10375

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