Nova metoda bo še omogočila najbolj natančno merjenje nevtronov | 2020

Vsebina:

Anonim

Raziskovalci v mednarodnem sodelovanju na Inštitutu Paul Scherrer (PSI) so uspešno razvili novo eksperimentalno metodo za določitev temeljne lastnosti nevtrona.Nevtroni so deli atomskih jeder in zato ključni gradniki v materiji, ki nas obdaja. Čeprav so tako vseprisotne, nekatere njihove lastnosti še vedno niso dovolj razumljene - vključno z nevtronskim tako imenovanim električnim dipolnim momentom. Dipolni trenutek ima daljnosežne posledice za naše razumevanje vesolja: lahko pomaga razložiti, zakaj se je v času Velikega poka oblikovala bistveno več snovi kot antimaterija.

Philipp Schmidt-Wellenburg iz PSI in njegovi sodelavci so razvili tako imenovano metodo spin-echo za merjenje počasnih, prosto gibljivih nevtronov. Zato so ustvarili novo, neporušno slikovno tehniko za visoko natančno merjenje hitrosti nevtronov.

Kompenzacija vseh motenj za nekaj minut

Schmidt-Wellenburg uporablja analogijo dirke po neznanem terenu, da bi pojasnil osnovno načelo metode: "Pošljemo nevtrone - naše" tekače "- z nekakšnim začetnim posnetkom. drugi signal. " Vsi nevtroni se nato vrnejo na izhodiščno točko kot odmev. Različna časovna zakasnitev, pri kateri posamezni nevtroni prečijo ciljno črto, raziskovalcem pove nekaj o naravi prostora, skozi katerega so vsak "tekel": "Podobno, v skupini enako športnih tekačev, če se je nekdo vrnil pozneje kot ostali , kaže, da je bilo na njihovi poti več ovir. "

Način spin-echo načeloma ni nič novega. V medicini se že desetletja uporablja pri magnetni resonanci za tkiva in organe. Razlika in glavni izziv pri novi metodi: nevtroni, ki se uporabljajo tukaj, so zelo počasni in opazovani za nekaj minut. Taki počasni nevtroni so prav tako imenovani ultra-hladni nevtroni. Njihova uporaba pa pomeni, da morajo biti vsi eksperimentalni okvirni pogoji izjemno stabilni za razmeroma dolgo obdobje nekaj minut. Za ponazoritev stopnje natančnosti v eksperimentu: "Moramo uravnotežiti celo majhne spremembe v magnetnem polju, ki se lahko pojavijo tudi, če tovornjak vozi mimo na bližnji cesti," razlaga Schmidt-Wellenburg.

Meritve z novo metodo so že v teku

Vse to je potrebno za določitev električnega dipolnega momenta nevtronov z večjo natančnostjo kot kdajkoli prej. Zadnji poskus merjenja tega faktorja do danes je bil objavljen leta 2006. Vendar je rezultat takrat še vedno premalo natančen, da bi iz njega lahko sklepali o izvoru vesolja. Od takrat je manjkalo metod za natančnejše merjenje. "Zdaj smo to vrzel priključili z našo prilagojeno metodo spin-echo za ultra hladne nevtrone", pravi Schmidt-Wellenburg.

Meritve ultra-hladnih nevtronov z uporabo nove metode potekajo od PSI od avgusta 2015. Zavod se ponaša z enim najintenzivnejših virov ultra hladnih nevtronov na svetu. Lokalni dolgoročni eksperiment se bo moral nadaljevati še eno leto, da bi pridobili količino podatkov, ki so potrebni za natančnejši določitev nevtronskega električnega dipolnega momenta kot v prejšnjih meritvah. "Upamo, da bomo nekega dne lahko pojasnili, zakaj je naše vesolje sestavljeno iz tako velikega pomena - z drugimi besedami, zakaj se vsa snov in antimaterija ne moreta uničiti drug drugega kmalu po Velikem poku," pravi Klaus Kirch, Vodja Laboratorija za fiziko delcev na PSI.

Novo spin-echo metodo z ultra hladnimi nevtroni lahko uporabimo tudi za druge temeljne eksperimente, kot je natančnejše merjenje življenjske dobe nevtronov. "Upam si trditi, da bo naša nova metoda uporabljena v številnih poskusih z ultra hladnimi nevtroni v naslednjih dvajsetih letih," pravi Schmidt-Wellenburg.