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Un equipo internacional de investigadores ha realizado la medición más precisa del mundo de la vida del neutrón, lo que podría ayudar a responder preguntas sobre el universo primitivo.
Un equipo internacional de físicos dirigido por investigadores de la Universidad de Indiana Bloomington ha anunciado la medición más precisa del mundo de la vida del neutrón.
Los resultados del equipo, que engloba a científicos de más de 10 laboratorios nacionales y universidades de Estados Unidos y del extranjero, representan una mejora de más del doble respecto a las mediciones anteriores, con una incertidumbre de menos de una décima de porcentaje.
"Este trabajo establece un nuevo estándar de oro para una medición que tiene una importancia fundamental para cuestiones como la abundancia relativa de los elementos creados en el universo primitivo", dijo David Baxter, presidente del Departamento de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de IU Bloomington.
"Estamos orgullosos del papel que desempeña IU desde hace mucho tiempo como institución líder en este trabajo".
El propósito científico del experimento es medir cuánto tiempo, en promedio, vive un neutrón libre fuera de los confines de los núcleos atómicos.
"El proceso por el que un neutrón 'decae' en un protón -con la emisión de un electrón ligero y un neutrino casi sin masa- es uno de los procesos más fascinantes conocidos por los físicos", dijo Salvat.
"El esfuerzo por medir este valor de forma muy precisa es importante porque comprender la vida exacta del neutrón puede arrojar luz sobre cómo se desarrolló el universo, así como permitir a los físicos descubrir fallos en nuestro modelo del universo subatómico que sabemos que existen, pero que nadie ha podido encontrar todavía".
Utilizaron una fuente de neutrones ultrafríos del Centro de Ciencia de Neutrones de Los Álamos, en el Laboratorio Nacional de Los Álamos. El experimento UCNtau captura estos neutrones, cuyas temperaturas se reducen a casi el cero absoluto, dentro de una "bañera" revestida con unos 4.000 imanes. Después de esperar entre 30 y 90 minutos, los investigadores cuentan los neutrones supervivientes en la bañera mientras son levitados contra la gravedad por la fuerza de los imanes.
El diseño único de la trampa de la UCNtau permite que los neutrones permanezcan almacenados durante más de 11 días, un tiempo significativamente mayor que el de los diseños anteriores, lo que minimiza la necesidad de realizar correcciones sistemáticas que podrían sesgar los resultados de las mediciones de la vida útil. Durante dos años, los investigadores del estudio contaron aproximadamente 40 millones de neutrones capturados con este método.
Salvat dijo que los resultados del experimento ayudarán a los físicos a confirmar o negar la validez de la "matriz Cabibbo-Kobayashi-Maskawa", que se refiere a las partículas subatómicas llamadas quarks y juega un papel importante en el ampliamente aceptado "modelo estándar" de la física de partículas. También ayudará a los físicos a comprender el papel potencial que pueden desempeñar las nuevas ideas de la física, como la desintegración de los neutrones en la materia oscura, en la evolución de las teorías sobre el universo, así como a explicar posiblemente cómo se formaron los primeros núcleos atómicos.
"El modelo subyacente que explica la desintegración de los neutrones implica que los quarks cambian de identidad, pero los cálculos mejorados recientemente sugieren que este proceso podría no ocurrir como se había predicho anteriormente", dijo Salvat.
"Nuestra nueva medición del tiempo de vida de los neutrones proporcionará una evaluación independiente para zanjar esta cuestión, o aportará pruebas muy buscadas para el descubrimiento de nueva física".
Fuentes, créditos y referencias:
Improved neutron lifetime measurement with UCNτ, Physical Review Letters (2021). arXiv: 2106.10375
Imagen: El detector de neutrones ultrafríos de alta eficiencia empleado en la trampa de la "bañera". Crédito: Los Alamos National Lab / Michael Pierce