Понимание ранней Вселенной зависит от оценки продолжительности жизни нейтронов
AstroNews.ru - 13 Ноября 2021 15:51:37
Когда мы смотрим в ночное небо, мы видим Вселенную такой, какой она была когда-то. Мы знаем, что в прошлом Вселенная была теплее и плотнее, чем сейчас. Когда мы смотрим достаточно далеко, мы видим микроволновый остаток большого взрыва, известный как космический микроволновый фон. Это отмечает предел того, что мы можем видеть. Он отмечает протяженность наблюдаемой Вселенной с нашей точки зрения.
Космический фон, который мы наблюдаем, относится к тому времени, когда Вселенной было уже около 380 000 лет. Мы не можем непосредственно наблюдать за тем, что происходило до этого. Большая часть более раннего периода довольно хорошо изучена, учитывая то, что мы знаем о физике, но самые ранние моменты большого взрыва остаются загадкой. Согласно стандартной модели, самые ранние моменты Вселенной были настолько горячими и плотными, что даже фундаментальные силы Вселенной действовали иначе, чем сейчас. Чтобы лучше понять большой взрыв, нам нужно лучше понять эти силы.
Одна из наиболее трудных для понимания сил - это слабая сила. В отличие от более привычных сил, таких как гравитация и электромагнетизм, слабое в основном проявляется через эффект радиоактивного распада. Таким образом, мы можем изучать слабое взаимодействие, измеряя скорость, с которой вещи распадаются. Но когда дело доходит до нейтронов, возникает проблема.
Вместе с протонами нейтроны составляют ядра атомов, которые мы видим вокруг себя. Внутри атомного ядра нейтроны могут быть чрезвычайно стабильными. Но когда нейтрон сам по себе, он обычно распадается за считанные минуты. Скорость распада нейтронов обычно определяется с точки зрения их периода полураспада. То есть время, в течение которого вероятность распада нейтрона составляет примерно 50/50. Технически они измеряют соответствующую величину, известную как время жизни нейтронов, но идея та же самая.
Существует несколько способов измерения периода полураспада нейтронов, таких как измерение пучка нейтронов или их охлаждение и улавливание в магнитной бутылке, но эти различные методы дают разные результаты для периода полураспада. Методы должны давать один и тот же результат, но они этого не делают. Метод луча дает время жизни 888 секунд, в то время как метод бутылки дает 879 секунд. Возможно, в методах есть какая-то систематическая ошибка, но это несоответствие является проблемой для фундаментальной физики. Но новое исследование измерило распад нейтронов третьим способом, используя космический аппарат, вращающийся вокруг Луны.
Безвоздушная поверхность Луны постоянно подвергается бомбардировке космическими лучами. Иногда космический луч выбивает нейтрон с лунной поверхности. По мере того как нейтрон уносится прочь от Луны, у него есть шанс распасться. Поэтому команда использовала спутник НАСА Lunar Prospector для подсчета количества нейтронов на различных орбитальных высотах. Исходя из этого, они рассчитали, что время жизни нейтронов составит 887 секунд.
Результат недостаточно точен, чтобы решить проблему распада нейтронов, но он показывает, что мы можем использовать космические аппараты для получения очень точных результатов. Достаточно точных, чтобы будущие миссии могли решить самое слабое звено ранней космологии.