3分鐘向你解釋什麼是“中微子振盪”
此次研究中“浴缸”陷阱使用的高效超低溫中子探測器。
據國外媒體報道，一支國際研究團隊近日對中子的壽命進行了目前為止最為精確的測量，或能幫助我們解答與早期宇宙相關的一些問題。
在美國印第安納大學伯明頓分校研究人員的帶領下，這支由美國國內外十餘家國家實驗室和大學的科學家組成的國際物理學家團隊最近宣佈了對中子壽命目前最精確的測量結果，在之前測量精度的基礎上翻了兩番，不確定性甚至低於0。1%。
一直以來，物理學家們試圖用兩種方法來對此進行測量，一種被稱為“瓶方法”；另一種被稱為“束方法”。用這兩種方法得出的測量結果並不一致，瓶方法得出的中子壽命是14分39秒；而束方法得出的結果卻是14分48秒。這相差的約9秒的時間對於一個壽命只有15分鐘長的粒子來說，是不容忽視的重大差異。
現在，多個科學家團隊組成的合作組利用瓶方法，對中子的壽命進行了迄今為止最精確的測量。新的結果表明，中子壽命為877。75秒（約14。629分）、不確定度為0。039%（約0。005分）。這一結果與理論計算結果一致，精度是同類測量結果的兩倍。
這項研究成果剛在10月13日的《物理評論快報》期刊上做了報道，另外還是2021年美國物理學會核物理學秋季大會的主題。
對中子壽命的測量對許多問題的解答具有關鍵意義，比如早期宇宙中創造的元素的相對丰度。而此次研究成果為中子壽命測量設定了一套黃金標準。這項實驗的目的就是，測出一個自由中子在不受原子核約束時的平均壽命有多長。
中子透過釋放出一個電子和一箇中微子、衰變成質子的過程是物理學家所知最神奇的過程之一，精確測定中子壽命具有重要意義，因為這有助於我們弄清宇宙的發展過程，以及幫助物理學家發現目前亞原子宇宙模型中的缺陷。我們知道這些缺陷肯定存在，但目前還沒人知道它們究竟是什麼。
此次實驗中使用的中子由美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的中子科學中心超冷中子源產生。科學家將這些溫度接近絕對零度的中子捕獲後，將其置入一個列有約4000枚磁鐵的“浴缸”中，讓它們在磁場作用下懸浮在空中，然後等待30至90分鐘，再數出剩餘的中子數量。
這個獨特的陷阱設定可以儲存中子超過11天，遠比之前設計的儲存時間長得多，同時大大降低了對系統性修正的需求。兩年來，研究人員用這種方法數了大約4000萬個中子。
這些實驗結果將幫助物理學家證實、或否定“卡比博-小林-益川矩陣”的有效性。該矩陣主要針對一種名叫夸克的亞原子粒子，在人們廣泛接受的粒子物理“標準模型”中扮演著重要角色。它還將幫助物理學家弄清，某些物理學新觀點（如中子可能會衰變為暗物質）在不斷髮展的宇宙理論體系中可能發揮什麼作用，或許還能幫助我們弄清第一個原子核是如何形成的。
中子的衰變模型涉及到了夸克的特性變化，但近期提出的更加精確的計算結果顯示，這一過程也許與之前的預測存在出入。對中子壽命的最新測量結果將為該問題的解決提供一個獨立的評估機會，或為新物理現象的發現提供關鍵證據。
