热点关注:  
X射线 3D打印 中广核技 中国同辐 太赫兹 新冠疫情 粒子加速器 质子治疗 电子束辐照 放射性同位素 辐照交联 辐射剂量 直线加速器

技术装备 > 核分析技术 > 正文

中子寿命问题:中子崩溃时 其中一部分会变成暗物质吗?

中子寿命 质子 高能加速器
发布:2021-01-12 14:56:22    

高能加速器研究组织(KEK)等协作研究小组于1月8日宣布,他们已经开发出一种使用不同于现有方法的新方法测量中子寿命的设备,并获得了第一批实验结果。

组成原子核的中子与质子一起在原子核中稳定存在,但是一旦离开原子核,它们的寿命只有15分钟左右,并衰变成质子,电子和抗营养物质。中子的寿命长短对于阐明宇宙和基本粒子的起源非常重要,但近年来发现了一个大问题。该值因测量方法而异。

迄今为止,中子的寿命已通过两种主要方法进行了测量。一种是计算在探测器中折叠的中子束的数量,这被称为“束法”。另一种是将中子限制在瓶中一定时间并测量残留的中子而不衰减的方法,称为“瓶法”。光束法得到的结果约为888秒(14分48秒),瓶法得到的结果为879秒(14分39秒)。相差9秒,这是偶然发生的差异。


测量方法的概念图。τn代表中子的寿命。(左)梁法。(右)瓶装方法(来源:联合新闻稿PDF)

该问题称为“中子寿命问题”,其原因尚未阐明。怀疑有一些实验错误,但是在每个实验组的长期验证中都没有找到原因,并且9秒的差异仍未填补。

如果两个实验都是正确的,那么将不会保留未破裂的中子的总和以及由中子衰变产生的质子数,并且计数的粒子数将不足。它将最终被存在。在宏观世界中,我们可以用所有五种感官来识别,这似乎很奇怪,但实际上,在基本粒子的微观世界中,可以看到另一种可能性。换句话说,由于中子的衰变,可能会产生电流检测器无法观察到的未知基本粒子。因此,现在正在讨论将其变为暗物质(暗物质)或“镜中子”的理论假设。

暗物质是一种未被发现的物质,被认为占据了宇宙的20%以上。由于它仅在重力作用下与普通物质相互作用,无法通过任何光或电磁波观察到,因此其名称具有未知身份。

另一方面,镜像中子是与中子具有镜像关系的虚拟中子。人们认为正常世界和镜像世界之间有一定的来回往返的可能性,实际上,它也是暗物质候选者之一。

当前被认为是解决这种中子寿命问题的线索是通过第三种实验方法进行验证,该方法既不是束方法也不是瓶方法。这个大型联合研究小组验证的是使用中子束的常规束方法,该束方法安装在高强度质子加速器设施(J-PARC)的材料和生物化学实验设施(MLF)上。这是另一种新方法。

现有的束流方法可以检测中子衰变时产生的质子。另一方面,原则上设计了新提出的电子束检测电子的方法。使用专用控制设备将高强度脉冲中子束模制成约40厘米长,然后引入长度为1 m的气体探测器中,以探测由探测器内部发生的中子衰变引起的电子束。

通常,由于中子衰变而检测电子束是一个更困难的实验,因为它比检测质子具有更多的背景噪声。但是,仅在所有系列的中子都在探测器内部时才使用获取信号的方法克服了这个问题,并且这次宣布了第一个实验结果。


 
如果中子寿命问题不是实验错误,而是两种实验方法之间的中子寿命差异与实际方法相符,则可以澄清暗物质的身份,或者说是一个未知现象,即像科幻小说一样的镜像世界。据说这种第三种验证方法引起了全世界的关注,因为它可能导致发现。顺便说一下,由于该结果的准确性仍然很低,所以尚未研究中子寿命问题的原因。将来,预计将进行更多的实验以提高精度,这将导致对中子问题原因的调查。
推荐阅读

暂无相关信息
阅读排行榜