Un experimento de física realizado en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST ha mejorado la comprensión de los científicos sobre cómo los neutrones libres se descomponen en otras partículas. El trabajo proporciona la primera medición del espectro de energía de los fotones, o partículas de luz, quese liberan en el proceso medido ampliamente conocido como desintegración beta de neutrones. Los detalles de este proceso de desintegración son importantes porque, por ejemplo, ayudan a explicar las cantidades observadas de hidrógeno y otros átomos de luz creados justo después del Big Bang.
Publicado en Cartas de revisión física , los hallazgos confirman la comprensión general de los físicos de la forma en que las partículas y las fuerzas trabajan juntas en el universo, una comprensión conocida como el Modelo Estándar. El trabajo ha estimulado una nueva actividad teórica en electrodinámica cuántica QED, la teoría modernade cómo la materia interactúa con la luz. El enfoque del equipo también podría ayudar a buscar una nueva física que esté más allá del Modelo Estándar.
Los neutrones son bien conocidos como uno de los tres tipos de partículas que forman átomos. Presentes en todos los átomos excepto en la forma más común de hidrógeno, los neutrones junto con los protones forman el núcleo atómico. Sin embargo, los neutrones "libres" no están unidos dentro de un núcleodecae en aproximadamente 15 minutos en promedio. Con mayor frecuencia, un neutrón se transforma a través del proceso de desintegración beta en un protón, un electrón, un fotón y la versión antimateria del neutrino, una partícula abundante pero difícil de alcanzar que rara vez interactúa con la materia.
Los fotones de la desintegración beta son lo que el equipo de investigación quería explorar. Estos fotones tienen un rango de energías posibles predichas por QED, que ha funcionado muy bien como una teoría durante décadas. Pero nadie había verificado este aspecto de QED conalta precisión.
"No esperábamos ver nada inusual", dijo el físico del NIST Jeff Nico, "pero queríamos probar las predicciones de QED con mucha precisión de una manera que nadie ha hecho antes"
Nico y sus colegas, que representan a nueve instituciones de investigación, realizaron sus mediciones en el Centro NIST para la Investigación de Neutrones NCNR. Produce un haz intenso de neutrones de movimiento lento cuyas emisiones de fotones se pueden detectar con la misma configuración utilizada anteriormentemediciones de precisión de la vida útil del neutrón.
El equipo midió dos aspectos de la desintegración de neutrones: el espectro de energía de los fotones, y también su relación de ramificación, que puede proporcionar información sobre la frecuencia con la que las desintegraciones fueron acompañadas por fotones por encima de una energía específica. Los resultados de este esfuerzo les dieron unamedición de la relación de ramificación más del doble de precisa que el valor anterior y la primera medición del espectro de energía.
"Todo lo que encontramos fue consistente con los cálculos predominantes de QED", dijo Nico. "Obtuvimos una coincidencia bastante buena con la teoría sobre el espectro de energía, y redujimos la incertidumbre en la relación de ramificación".
Según Nico, los resultados proporcionaron información específica que los físicos teóricos ya están utilizando para desarrollar QED para proporcionar descripciones más detalladas de la desintegración beta de neutrones.
Los resultados sirven como una verificación necesaria del Modelo Estándar, dijo Nico, y valida el enfoque experimental del equipo como una forma de ir más allá. Con mejores detectores, el enfoque podría usarse para buscar el llamado "diestro""neutrinos, que aún no se han detectado en la naturaleza, y posibles violaciones de la simetría de inversión de tiempo, lo que podría explicar por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo".
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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