Nuestro universo consiste en significativamente más materia de la que las teorías existentes pueden explicar. Este es uno de los grandes acertijos de la ciencia moderna. Una forma de aclarar esta discrepancia es a través del llamado momento dipolar eléctrico del neutrón. En una colaboración internacional,Los investigadores de PSI han ideado un nuevo método que ayudará a determinar este momento dipolar con mayor precisión que nunca. Lo informan en la revista Cartas de revisión física el 2 de octubre de 2015.
Investigadores en una colaboración internacional en el Instituto Paul Scherrer PSI han desarrollado con éxito un nuevo método experimental para determinar una propiedad fundamental del neutrón. Los neutrones son partes de núcleos atómicos y, por lo tanto, componentes fundamentales en la materia que nos rodea.Aunque son tan omnipresentes, algunas de sus propiedades aún no se han entendido adecuadamente, incluido el llamado momento dipolar eléctrico del neutrón. El momento dipolar tiene consecuencias de largo alcance para nuestra comprensión del universo: podría ayudar a explicar por qué considerablemente másmateria de antimateria se formó durante el Big Bang.
Philipp Schmidt-Wellenburg de PSI y sus colegas idearon el método denominado spin-echo para medir neutrones lentos y que se mueven libremente. En consecuencia, han creado una nueva técnica de imagen no destructiva para la medición de alta precisión de la velocidad de neutrones.
Compensando cualquier perturbación por minutos a la vez
Schmidt-Wellenburg utiliza la analogía de una carrera en terreno desconocido para explicar el principio básico del método: "Enviamos neutrones, nuestros 'corredores', con una especie de disparo inicial. Después de un cierto tiempo, los damos vueltacon una segunda señal. "Todos los neutrones luego regresan al punto de partida como un eco. El retraso de tiempo diferente en el que los neutrones individuales cruzan la línea de meta les dice a los investigadores algo sobre la naturaleza del espacio por el que" corrieron ":"Del mismo modo, en un grupo de corredores igualmente deportivos, si uno regresara más tarde que el resto, sugeriría que había más obstáculos en su curso ".
En principio, el método spin-echo no es nada nuevo. En medicina, se ha utilizado durante décadas en la resonancia magnética para tejidos y órganos. La diferencia y, por lo tanto, el principal desafío con el nuevo método: los neutrones utilizados aquí son extremadamentelento y observado durante minutos a la vez. Tales neutrones lentos también se denominan neutrones ultrafríos. Sin embargo, usarlos significa que todas las condiciones marco experimentales deben mantenerse extremadamente estables durante períodos comparativamente largos de varios minutos. Solo para ilustrar elgrado de precisión involucrado en el experimento: "Tenemos que equilibrar incluso pequeños cambios en el campo magnético, lo que puede ocurrir incluso si un camión pasa por la carretera cercana, por ejemplo", explica Schmidt-Wellenburg.
Las mediciones con el nuevo método ya están en marcha
Todo esto es necesario para determinar el momento dipolar eléctrico del neutrón con mayor precisión que nunca. El último experimento para medir este factor hasta la fecha se publicó en 2006. Sin embargo, el resultado de entonces todavía es demasiado impreciso para sacar conclusiones sobre elorígenes del universo a partir de él. Desde entonces, ha habido una falta de métodos para una medición más precisa. "Ahora hemos cerrado esta brecha con nuestro método de eco de espín adaptado para neutrones ultra fríos", dice Schmidt-Wellenburg.
Las mediciones de neutrones ultrafríos usando el nuevo método han estado en marcha en PSI desde agosto de 2015. El instituto cuenta con una de las fuentes más intensas de neutrones ultrafríos del mundo. El experimento local a largo plazo tendrá que continuar duranteaproximadamente otro año para obtener la cantidad de datos necesarios para determinar el momento dipolar eléctrico del neutrón con mayor precisión que en mediciones anteriores ". Con suerte, algún día podremos explicar por qué nuestro universo está compuesto de tanta materia, en otropalabras, por qué toda la materia y la antimateria no se destruyeron mutuamente poco después del Big Bang ", dice Klaus Kirch, Jefe del Laboratorio de Física de Partículas en PSI ...
El nuevo método spin-echo con neutrones ultrafríos también se puede utilizar para otros experimentos fundamentales, como medir la vida útil de los neutrones con mayor precisión. "Me atrevo a decir que nuestro nuevo método se utilizará en muchos experimentos con ultrafríosneutrones en los próximos veinte años ", se aventura Schmidt-Wellenburg.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer PSI . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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