قياس عمر النيوترونات من الفضاء

قياس عمر النيوترونات من الفضاء

اكتشف العلماء طريقة لقياس عمر النيوترونات من الفضاء لأول مرة ان هذا اكتشاف يمكن أن يكشف المزيد من المعلومات عن الكون المبكر.

إن معرفة عمر النيوترونات أمر أساسي لفهم تكوين العناصر بعد الانفجار العظيم الذي شكل الكون قبل 13.8 مليار سنة.

استخدم العلماء في جامعة Durham University,  ، المملكة المتحدة ، ومختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة Johns Hopkins بالولايات المتحدة الأمريكية ، بيانات من المركبة الفضائية NASA's MErcury Surface, ، وبيئة الفضاء ، والكيمياء الجيولوجية ، والمركبة الفضائية (MESSENGER) لاكتشافهم ،عندما حلقت MESSENGER فوق كوكب الزهرة والزئبق ، قامت بقياس معدلات تسرب جسيمات النيوترونات من الكواكب.

وجدوا ان عدد النيوترونات المكتشفة يعتمد على الوقت الذي تستغرقه في التحليق إلى المركبة الفضائية بالنسبة إلى عمر النيوترون ، مما يمنح العلماء طريقة لحساب مدة بقاء الجسيمات دون الذرية. حيث اوجدت طريقاً لإنهاء حالة الجمود التي استمرت لعقود والتي اختلف فيها الباحثون - في غضون ثوان - حول مدى قدرة النيوترونات على البقاء.

إن عمر النيوترونات الحرة يوفر اختبارًا رئيسيًا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، كما أنه يؤثر على الكميات النسبية للهيدروجين والهيليوم المتكون في وقت مبكر الكون بعد دقائق فقط من الانفجار العظيم ، لذلك له آثار واسعة النطاق.

توفر الأساليب الفضائية إمكانية كسر الجمود بين طريقتين قياس متنافستين على الأرض."

توجد النيوترونات عادة في نواة الذرة ولكنها تتفكك بسرعة في الإلكترونات والبروتونات عندما تكون خارج الذرة.

استخدم العلماء في السابق طريقتين قائمتين على المعمل - ما يسمى "طريقة الزجاجة" وتقنية "الشعاع" - لمحاولة تحديد عمر النيوترونات.

تشير طريقة الزجاجة - التي تحبس النيوترونات في الزجاجة وتقيس المدة التي يستغرقها تحلل النشاط الإشعاعي - إلى أنها تستطيع البقاء على قيد الحياة في المتوسط ​​لمدة 14 دقيقة و 39 ثانية.

باستخدام تقنية الشعاع البديل - التي تطلق شعاعًا من النيوترونات وتحسب عدد البروتونات التي تم إنشاؤها بواسطة الاضمحلال الإشعاعي - يعطي حوالي 14 دقيقة و 48 ثانية ، تسع ثوان أطول من طريقة الزجاجة.

في حين أن هذا قد يبدو فرقًا صغيرًا ، يقول العلماء أن الفجوة يمكن أن تكون هائلة. بما أن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات يتطلب أن يكون عمر النيوترون حوالي 14 دقيقة و 39 ثانية ، فإن أي انحراف عن هذا سيثير تغييرًا جوهريًا في فهمنا لهذا النموذج.

حمل MESSENGER مطياف نيوتروني للكشف عن النيوترونات المتحللة في الفضاء بواسطة الأشعة الكونية التي تتصادم مع الذرات على سطح عطارد كجزء من البحث لتحديد وجود الماء على الكوكب.

في طريقها ، حلقت المركبة الفضائية أولاً بواسطة الزهرة ، حيث جمعت قياسات النيوترونات لأول مرة على الإطلاق.

باستخدام النماذج ، قدر الفريق أن عدد النيوترونات التي يجب أن يحسبها MESSENGER على ارتفاعه فوق كوكب الزهرة لحياة النيوترونات ستكون بين 10 و 17 دقيقة. على مدى الحياة الأقصر ، يعيش عدد أقل من النيوترونات لفترة كافية للوصول إلى كاشف النيوترونات MESSENGER.

ووجدوا أن عمر النيوترون هو 13 دقيقة ، مع عدم يقين حوالي 130 ثانية من الشكوك الإحصائية وغيرها من عدم اليقين ، مثل ما إذا كان عدد النيوترونات يتغير خلال النهار وعدم اليقين بشأن التركيب الكيميائي لسطح عطارد.