Annunciata misurazione più precisa mai effettuata della vita di un neutrone

Il rivelatore di neutroni Ultracold Neutron (credito: Los Alamos National Lab/Michael Pierce)

È la misurazione più precisa mai effettuata della durata dell’esistenza di un neutrone “libero” quella realizzata da un team di ricercatori dell’Indiana University Bloomington e di altri 10 laboratori o Università internazionali. La nuova stima migliora di più di due volte la stima più precisa effettuata in precedenza e l’incertezza ora è più bassa di 1/10 di punto percentuale.

Decadimento beta del neutrone

Quello che hanno fatto i ricercatori, in parole povere, è misurare quanto tempo esiste, in media, un neutrone al di fuori del confine del nucleo atomico. Questo avviene con il cosiddetto “decadimento beta”: il neutrone “decade” formando un protone ed emettendo un elettrone leggero ed un neutrino, anch’esso leggerissimo, pressoché privo di massa. Come spiega Daniel Salvat, uno dei ricercatori impegnati nello studio, si tratta di uno dei fenomeni più affascinanti della fisica.

L’esperimento

I ricercatori hanno utilizzato il rivelatore di neutroni Ultracold Neutron del Los Alamos Neutron Science Center del Los Alamos National Lab. L’esperimento che hanno condotto vede la cattura dei neutroni e l’abbassamento della loro temperatura quasi allo zero assoluto. Dopo un’attesa di 30-90 minuti i neutroni rimasti nella vasca vengono fatti levitare contro la forza di gravità tramite dei magneti. Con il dispositivo del Los Alamos Lab i neutroni possono rimanere in questo stato anche per più di 11 giorni, un periodo sensibilmente più lungo rispetto ad altri dispositivi simili che permette di eseguire stime più precise.
Con questo metodo i ricercatori hanno trascorso due anni a contare e ad analizzare una quarantina di milioni di neutroni “catturati” fino ad arrivare ad una stima della vita di uno neutrone libero molto più precisa.

Perché misurare la durata della vita di un neutrone è importante

Misurare il valore del decadimento di un neutrone in maniera precisa è molto importante. Un valore medio assoluto ci permetterebbe di sapere diverse cose sull’inizio stesso dell’universo, quando le sue dimensioni erano subatomiche.
Inoltre una stima più precisa della durata del neutrone si potrebbe rivelare molto utile per capire di più riguardo alla materia oscura e a come si sono formati i primissimi nuclei atomici.

Note e approfondimenti

  1. Physical Review Letters – Accepted Paper: Improved neutron lifetime measurement with UCN$\ensuremath{\tau}$ (IA)

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