ناهمخوانی در مقدار طول عمر نوترون هنوز حل نشده است!

[∆ MeRzaD ∆]

با وجود بهبود یکی از روش‌های اندازه‌گیری طول عمر نوترون، هنوز عدم همخوانی ناشی از روش‌های مختلف پابرجاست.

در خارج از هسته‌ی اتم، پروتون‌ حداقل برای 1034 سال پایدار باقی می‌ماند. اما یک نوترون منزوی تنها می‌تواند 15 دقیقه قبل از واپاشی به یک پروتون، یک الکترون و یک آنتی نوترینو، پابرجا باقی بماند. ستاره‌شناسان برای محاسبه‌ی نرخ سنتز هسته‌ای در زمان مهبانگ، به مقدار دقیق طول عمر نوترونِ آزاد نیاز دارند و متخصصان ذرات بنیادی نیز از آن برای مقید کردن پارامترهای اساسی در مدل استاندارد استفاده می‌کنند. اما با این حال هنوز در مقدار اندازه‌گیری شده برای طول عمر نوترون به واسطه‌ی روش‌های آزمایشگاهی مورد استفاده حدود یک درصد تفاوت وجود دارد. پژوهشگران به تازگی در Physical Review Letters گزارش کردند که در آخرین آزمایش انجام شده برای اندازه‌گیری طول عمر نوترون که با بهبود یکی از روش‌ها همراه بوده، همچنان این ناهمخوانی به صورت حل نشده باقی مانده است.

برای اندازه‌گیری طول عمر نوترون از دو روش تجربی استفاده می‌شود. در روش «بطری» (bottle method)، نوترون‌های کم‌انرژی در تله‌ای که با استفاده از میدان‌های مغناطیسی و یا دیواره‌هایی دارای مواد بازتابنده مانند بریلیم (Be) ساخته شده‌ است، مقید می‌گردند. در این روش طول عمر نوترون به سادگی با شمارش تعداد ذراتی که بعد از یک زمان ذخیره‌سازیِ ثابت، باقی مانده‌اند تعیین می‌شود. در روش دیگری به نام «در پرتو» (in-beam method)، باریکه‌ای از نوترون‌ها با شاری که دقیقاً مقدار آن مشخص شده است، از میان حجمی معین عبور می‌کنند و طول عمر نوترون با شمارش تعداد محصولات واپاشی به دست می‌آید.

مقدار طول عمر حاصل شده از این دو روش حدود 8 ثانیه (یا با انحراف معیار 2.9) باهم تفاوت دارند. پژوهشگران این ناهمخوانی را ناشی از خطاهای سیستمی حل نشده می‌دانند. آن‌ها در گام اول در مرکز NIST مریلند، روش «در پرتو» را با بکار بردن شار نوترونی دقیق‌تر (بزرگترین عدم قطعیت در آزمایش اصلی) از سال 2005 به وسیله‌ی بازکالیبره کردن آشکارسازهای اصلی نوترونی خود، بهبود بخشیده‌اند. سپس طول عمر نوترون را دوباره با استفاده از روش «در پرتو» به میزان 887.7±2.3s به دست آوردند که با مقدار اندازه‌گیری شده‌ی قبلی همخوانی دارد؛ اما عدم همخوانی آن با روش دیگر به دلیل افزایش انحراف معیار آن به مقدار 3.8، بیشتر شده است.