Zespół naukowców z Los Alamos National Laboratory właśnie dokonał przełomu w tej dziedzinie. Najnowsze pomiary wskazują, że swobodny neutron rozpada się po średnio 877,83 sekundy, co odpowiada nieco ponad 14 minutom i 37 sekundom. Najbardziej imponujące jest jednak nie samo oszacowanie, lecz bezprecedensowa dokładność – margines błędu wynosi mniej niż 0,3 sekundy. To najprecyzyjniejszy wynik w historii badań.
Dlaczego ten parametr tak zaprząta głowy fizyków
Precyzyjne określenie czasu życia neutronu jest kluczem do testowania słabego oddziaływania – jednej z czterech fundamentalnych sił przyrody. Każda poprawka pomiaru może wskazywać na istnienie zjawisk wykraczających poza obowiązujący Model Standardowy. Naukowcy od lat mierzą się jednak z frustrującą zagadką. Wyniki uzyskiwane metodą „butelkową”, gdzie neutrony są przechowywane w specjalnych pułapkach, systematycznie różnią się od tych uzyskiwanych technikami „wiązkowymi”, polegającymi na obserwacji produktów rozpadu. Ta rozbieżność stanowi jedną z większych niewiadomych współczesnej fizyki cząstek.
Czytaj także: 10 lat badań przyniosło przełom. Naukowcy zajrzeli do wnętrza neutronu
Sercem opisywanego tutaj projektu UCNtau jest innowacyjna pułapka magneto-grawitacyjna przypominająca kształtem wannę. Urządzenie przechwytuje ultrachłodne neutrony poruszające się z prędkością kilku metrów na sekundę, co pozwala na ich długotrwałą obserwację. Osiągnięcie rekordu nie było łatwe – badacze musieli wykorzystać istniejącą aparaturę na granicy jej możliwości. Szczegóły eksperymentu opublikowano w czasopiśmie Physical Review C.
Następna generacja urządzenia, oznaczona jako UCNtau+, ma przynieść dalszą rewolucję w dokładności. Planowane ulepszenia obejmują zwiększenie gęstości przechwytywanych neutronów od pięciu do dziesięciu razy oraz zmniejszenie kluczowej niepewności systematycznej dziesięciokrotnie. Docelowo całkowity margines błędu ma spaść do zaledwie 0,1 sekundy. Realizacja tych założeń wymagała rozwiązania nietypowego wyzwania inżynieryjnego – skonstruowania specjalnej „windy” transportującej neutrony, która musi zachowywać szczelność w trakcie ruchu w skomplikowanej geometrii. Choć podobne rozwiązania testowano wcześniej, obecna skala i złożoność projektu nie mają precedensu.
Czytaj także: Neutrony zaskoczyły naukowców. Te cząstki pokazują, jak mało wciąż wiemy o rzeczywistości
Każdy postęp w precyzji pomiarów przybliża nas do rozwiązania fundamentalnych zagadek materii. Wyniki z Los Alamos stanowią istotny krok w wyjaśnieniu rozbieżności między metodami pomiarowymi. Choć pełna zgoda w środowisku naukowym wciąż wydaje się odległa, sceptycyzm miesza się tu z uzasadnionym optymizmem – zwiększona dokładność pomaga precyzyjniej identyfikować źródła błędów i wyznacza kierunki dalszych badań. To mozolna praca, ale każda ułamek sekundy ma tu kosmiczne znaczenie.