Una reevaluación de una medición realizada en el 2005 del tiempo de vida del neutrón ha profundizado el misterio de por qué dos técnicas experimentales diferentes producen dos longitudes de vidas diferentes para los neutrones
Después de volver a calibrar una parte clave de su experimento con un «haz», físicos de los EEUU confirmaron que el valor de la duración de los neutrones es de 8 seg más extenso que el determinado por otros, que habían hecho un experimento de «botella». Lo que es más, este último resultado pone la significación estadística de la discrepancia en casi 4 seg, por lo que es poco probable que sea una anomalía al azar.
Si bien en los núcleos los neutrones pueden existir estables durante una eternidad, un neutrón libre se mantiene cerca de 15 minutos antes de que se desintegra a través de la interacción débil en un protón, un electrón y un antineutrino. Es importante una medición precisa de la vida del neutrón para calcular en qué tasas se formaron los elementos más ligeros inmediatamente después del Big Bang, en un proceso llamado nucleosíntesis. Una muy buena medida de la duración de su existencia también podría revelar una nueva física más allá del Modelo Estándar de la física de partículas.
Actualmente hay dos estrategias experimentales para medir el tiempo de vida. El método de la botella implica atrapar a los neutrones en algún tipo de recipiente y contar la proporción restante después de un tiempo fijo. El método del haz implica el seguimiento de un haz de neutrones y la medición de la cantidad de partículas que se desintegran en protones a medida que pasan a través de un volumen particular de espacio. Los errores sistemáticos que podrían ocurrir en cada experimento son diferentes y, por tanto, los físicos podrían tener confianza en obtener un valor de vida que concuerde en ambas técnicas.
Sin coincidencia entre botella y haz
Pero los experimentos de la botella y el haz no dan coincidencia. El método del haz parece establecer una duración de vida aproximadamente 8 seg más extensa que el método de la botella, y esta discrepancia es significativa en comparación con las incertidumbres de los experimentos.
La medición del método del haz con la menor incertidumbre se hizo en el 2005, en un experimento realizado por Jeff Nico y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Gaithersburg, Maryland. El error sistemático en esta medición fue de ± 3,2 s, y esto fue dominado por la incertidumbre la cantidad de neutrones en el haz. Contar neutrones requiere un material que, al absorber un neutrón, produce una señal detectable. Aunque se necesita un haz de neutrones de alta intensidad para proporcionar una cantidad razonable de desintegraciones de neutrones, absorber la totalidad del haz anularía el contador de neutrones. En lugar de ello, los investigadores utilizaron una fina capa de litio-6 que absorbe sólo una pequeña proporción de los neutrones que inciden en ella. Conocer esta proporción exactamente era vital para calcular el tiempo de vida con precisión.
Calibración nueva y mejorada
En 2005 los investigadores del NIST estimaron la probabilidad de absorción del corte transversal de litio-6 por captura neutrónica y la masa del absorbente de neutrones. Ahora, Nico se ha asociado con Andrew Yue y otros para calibrar el mismo absorbedor con una precisión de entre el 0,05%. Esto se hizo colocando el dispositivo en un haz de neutrones de baja intensidad y contando el número de neutrones que detecta. Otro detector, llamado alfa-gamma, se encuentra corriente abajo desde el dispositivo, donde se mide la totalidad del flujo de neutrones restantes. Mediante la comparación de los dos valores, el equipo podría determinar casi exactamente la proporción de neutrones que su detector absorbió en el experimento de 2005.
Esta nueva información permite a los físicos reducir la incertidumbre original de su medición de la vida de los neutrones vida a entre ± 3,2s y ± 1,9 s. También dio lugar a un pequeño aumento en el valor de la vida útil. En consecuencia, las mejores mediciones de haz y botellas disponibles ahora difieren en 3,8 seg, en lugar del valor de 2005 de 2,9 seg.
Los investigadores planean ahora volver a ejecutar todo el experimento para tratar de minimizar los errores más cerca de los que se dan para las mediciones de botella.
¿Otra rama de desintegración?
La medición de vida útil más precisa hasta la fecha también la hizo en el 2005 Anatoli Serebrov y sus colegas del Instituto de Física Nuclear de St Petersburgo en Rusia. Este experimento se realizó utilizando el método de la botella en el Institut Laue-Langevin, fuente de neutrones ultrafríos en Grenoble, Francia. Serebrov señala que, en principio, la discrepancia que se ha medido en las vidas podría explicarse por otra rama de la desintegración de los neutrones, que no produce un protón. Aunque el descubrimiento de un canal de este tipo desintegración sería interesante para los físicos, Serebrov señala que las teorías actuales no prevén una desintegración adicional.
Peter Geltenbort del ILL está impresionado con los últimos resultados del NIST y espera nuevas mejoras tanto en el haz como en las mediciones de botella. «Ambos experimentos deben ser repetidos, y ambos tienen que venir con una precisión de por debajo de 1 seg», dice. «Entonces uno puede hablar de nuevo acerca de si hay alguna física totalmente nueva». Los próximos experimentos utilizando la técnica de la botella serán capaces de contar los protones emitidos por los neutrones en descomposición, así como registrar la cantidad de neutrones que sobreviven después de un momento dado. Él dice: «Este aparato permitirá medir el tiempo de vida del mismo conjunto de neutrones por dos métodos completamente diferentes».
La investigación se publica en la revista Physical Review Letters.
Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti
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