Günlük yaşamın her yönüne dahil edilen nötron, doğanın temel bir parçacığıdır. Şimdi, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı liderliğindeki bir araştırma işbirliği, serbest nötron ömür boyu ölçümlerin hassasiyetini geliştirdi. Ekibin sonuçları, UCNTAU deneyinin tasarımının başarısını vurguluyor ve ekibin bir sonraki nesil denemeye dahil ettiği yeni tekniklerin ve yaklaşımların etkinliğini önizliyor.
“Serbest nötronların kesin ömrü hala tartışmalı fizik sorularının merkezindedir,” dedi Steven Clayton, Los Alamos fizikçisi. “Nötron ömrünü anlamak, evrenin temel güçlerinden biri olan zayıf kuvvetin doğasını test etmek için kullanılabilir ve aynı zamanda standart modelin ötesinde fizik aramaya yardımcı olabilir.
“Buradaki sonuçlarımız UCNTAU deneysel yaklaşımını doğrulamakta ve ilgili fizik hakkındaki anlayışımızı daha da artıracak tasarım iyileştirmelerine doğru yol göstermektedir.”
Ekibin yeni analizi, Fiziksel İnceleme CLos Alamos Nötron Bilim Merkezi’ndeki UltraCold nötron tesisindeki deneyden üç yıllık veri toplamayı, deneyin sistematik tasarımındaki iyileştirmelerle desteklenmiştir. Sonuçlar, nötronun yaşamının anlayışını 877.83 saniyeye günceller ve belirsizlik 0.3 saniyenin altına düşer.
Küvet tasarımı tutarlı sonuçlar verir
UCNTAU Deneysel Cihaz – UCN “Ultracold nötronlar” Ve Tau, bir parçacık ömrünün sembolüdür-içbükey yüzeyi mıknatıslarla kaplı ve üstte açılan bir küvet andıran bir manyeto-lirasyonel tuzak olarak çalışır. Bir varyasyon “şişe” tuzak, ucntau deneyi “kiriş” Bazı nötron ömür boyu deneyler tarafından kullanılan yaklaşım.
Yaklaşımlar, nötron yaşamının farklı ölçümleriyle sonuçlandı, “nötron ömür boyu bulmaca” Fizik topluluğunu, deneysel yaklaşımların hiçbirindeki bir kusurun tutarsızlığı açıklayabilir.
Ucntau küveti, kriyojenik olarak yavaşlatılan ultra kolt nötronları ile doldurulur, böylece küvete indirilmiş bir dedektörle etkileşime girdiklerinde sayılabilirler. Nötron kaybını önlemek için, iç yüzeylerdeki mıknatıslar nötronların yüzeyden sızmasını önler ve yerçekimi nötronların yüksek küvet duvarlarının üzerine dökülmesini önler.
Boron-10 ile kaplanmış bir çinko-sülfür dedektörü küvete indiğinde nötronlar sayılır; Nötronlar, çinko-sülfür dedektörü üzerindeki bor-10 kaplaması tarafından emilir ve fazla enerji, bor-10 çekirdeğinin çinko-sülfür üzerinde pingping ile parçalanmasına neden olur ve bir ışığın saptanabilir ve sayılabilir bir çıkışı üretir.
Doğruluk ince ayar yapmak için, UCNAU ekibi, kaç nötronun başlangıçta tuzağa yüklendiğini ve bir süre tutulduktan sonra hayatta kalan nötronları saymanın doğruluğu da dahil olmak üzere, verileri aldığı için aygıtları her yıl güncelledi. Son verilerin ekibin önceki sonuçlarıyla tutarlılığı, deneyin tasarımını doğrular. Toplam koşunun beş yıllık sonuçlarının ortalaması olan ekip, 877.83 saniyelik yeni ölçümlere geldi. Bu rakam 0,3 saniyeden daha az bir hata tahmini içerir.
“Sonuçlar, bugüne kadar nötron ömrünün en kesin ölçümünü temsil eder,” Dedi Clayton. “Hedeflerimiz, deneydeki sistematik belirsizlikleri daha iyi anlamak ve ölçmek ve ömür boyu istatistiksel hassasiyeti iyileştirmek olmuştur. Bu hassasiyet seviyesiyle, mevcut tasarımı gidebileceği kadar aldık.”
Ucntau+ yeni nesil deneyleri temsil eder
Bir sonraki veri çalışması için, araştırma ekibi dikkatini deney cihazının kapasitesini önemli ölçüde artırmaya yöneltti – ekibin aradığı deneyin yinelemesi “Ucntau+.” Ekip, ultra kat nötronlarının yoğunluğunu 5 ila 10 arasında bir faktör artırmak için tuzağı doldurma yöntemini değiştirirken, dedektör sistemini en büyük sistematik belirsizliği 10 faktörle azaltmak için 0,1 saniyelik bir hedefe indirgemek için.
Ekip, benzer ışık çıkışı sağlamak için yapılabilen ancak mevcut sintilatörle bulunan uzun floresan izi olmadan bir perovskit malzemesine dayanan bir sintilatör ile yeni bir UCN dedektörü geliştirerek sayma doğruluğunu sağlıyor.
Daha fazla nötron yoğunluğu sağlama çabasının merkezinde yeni kurulmuş bir “asansör” Bu nötronları küvete yükler, öne ve aşağı tuzağa doğru sallanır. Bakır ve Teflon’dan imal edilen, metalden sızıntıyı önlemek için nötronları yansıtmak için yararlı olan asansör, tuzağa daha büyük bir nötron yükü verebilir. Tuzak, Illinois Üniversitesi Champaign-Urbana ile işbirliği içinde tasarlandı ve üretildi.
“Asansörün kendisi tasarlamak ve yürütmek zordu çünkü yedeklenirken bir mühür oluşturmak zorunda ve makul olmak için herhangi bir boşluğa ihtiyacımız vardı.” dedi Maninder Singh, UCNTAU ekibinde doktora sonrası araştırmacı Los Alamos. “Asansör taşımacılığı daha önce yapılmış, ancak bu ölçekte değil, asansörün düz yukarı ve aşağı hareket edeceği bu geometri ile değil. Bu tekniği uygulamak heyecan verici bir zorluk oldu.”
Ekip, veri almaya başlamak için bu yaz UCNTAU+ çevrimiçi çevrimiçi getirmeyi umuyor.
