在太空首次测量中子的寿命

发布者：邻家小师弟 2020-7-3 18:14 来自: 环球解密

科学家在地面用两类方法测量中子的寿命得到两种结果，差别超出了实验误差能解释的范围。现在，科学家利用太空船测量宇宙空间内中子的寿命，尝试解决地面上测量结果的差异。

中子待在原子核内可以稳定地存在，可是一旦离开原子核的环境，寿命就非常短。

为什么要测量中子的寿命？因为不少科学家认为，这与宇宙在138亿年前大爆炸之后10秒-20分钟的时间里，如何诞生各种粒子的过程有重要的联系。科学家认为了解中子的生存周期，能进一步精确化这个时间范围。

这个项目的负责人约翰‧霍普金斯大学应用物理实验室的行星学家威尔森(Jack Wilson)说：“这是有史以来第一次测量到太空环境下中子的寿命。这展示了这种方法的可行性，将来有希望帮助解决这个谜题。”

上世纪90年代以来，科学家分别用“瓶子”和“射线”两种方法测量中子的寿命。

“瓶子”方法利用机械、引力、磁性等单独条件，或这些条件相结合的环境困住中子，测量中子的衰变周期。测量结果为14分钟29秒，误差为0.5秒。

“射线”方法发射一束中子束，通过由中子衰变的质子和电子的数量进行测量。测量结果为14分48秒，误差为2秒。

9秒的差别看起来不多，但是即使把两种方法的误差考虑在内，两个结果仍然不一致。

研究人员使用了美国宇航局(NASA)信使号(MESSENGER)水星探测器在2011年至2015年间、两次飞跃金星和三次飞跃水星的数据。

研究人员认为，当宇宙射线触及星体，射线内原子与行星地表或大气层的撞击，将导致部分中子从原子核内被撞出。这些中子散逸在宇宙空间中，并很快衰变。理论上说，距离行星地表越高的位置，能探测到的中子数量将越少。

研究人员发现，距离金星地表最低339公里的高度，信使号已经接近中子在衰变之前飞行的最远距离;类似的，飞跃水星的时候，这个最低高度是205公里。

威尔森说：“这就像一个大型的瓶子实验，不是用瓶壁或磁场，利用的是金星的引力限制中子，测量它们的生命周期。”

为了计算中子的生命周期，科学家分别用生命周期在10-17分钟之内的数值建模，推理出每种情况下将会在飞跃的时候探测到的中子数量。结果显示，中子生命周期为13分钟的模型，最接近现实测量。

研究人员认为这个结果的误差在60秒左右，意味着这个结果仍然介于地面上两种测量结果之间，仍未能解答这个谜题。

研究者称，这项研究证明了这个方法的可行性，已经相当了不起。威尔森说：“我们最终目标将造一个太空船测量仪，精确测量中子星的寿命。”

这份研究近期发表在《物理评论研究》(Physical Review Research)上。