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    Nêutrons medidos com precisão sem precedentes usando uma armadilha magneto-gravitacional

    A armadilha da 'garrafa' da UNCtau. Uma combinação de campos magnéticos e gravidade impede que nêutrons escapem do recipiente. Crédito:Laboratório Nacional de Los Alamos

    Um estudo conduzido em parte por físicos do Centro de Exploração de Energia e Matéria da Universidade de Indiana poderia fornecer uma nova visão sobre a composição do universo imediatamente após o Big Bang, bem como melhorar os cálculos usados ​​para prever a duração de vida das estrelas e descrever as regras que governam o mundo subatômico.

    O estudo, publicado em 11 de maio na revista Ciência , relata uma maneira altamente precisa de medir a taxa de decaimento dos nêutrons. Um autor do estudo, Chen-Yu Liu, é professor do Departamento de Física do IU Bloomington College of Arts and Sciences.

    "Esta é uma melhoria significativa em comparação com os experimentos anteriores, "disse Liu, que é um líder no experimento UNCtau, que usa nêutrons da fonte Ultracold Neutron do Los Alamos Neutron Science Center no Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México. "Os dados são muito mais precisos do que os que tínhamos antes."

    A taxa de decaimento dos nêutrons - partículas subatômicas sem carga - é significativa porque é usada para prever a proporção de hidrogênio e hélio no universo alguns minutos após o Big Bang. O número também afeta os cálculos usados ​​para determinar a rapidez com que os átomos de hidrogênio queimam dentro das estrelas e as regras que controlam as partículas elementares como quarks e glúons. Isso ocorre porque durante a decadência de nêutrons, um quark "para cima" se transforma em um quark "para baixo", um processo que os físicos ainda não entendem completamente.

    Os cientistas atualmente usam dois métodos para isolar nêutrons e calcular suas taxas de decaimento:

    • O método da "garrafa":contar o número de nêutrons que permanecem ao longo do tempo depois de ficarem presos dentro de um recipiente.
    • O método do "feixe":Medir a taxa de prótons que emergem de um feixe de nêutrons gerado por um reator nuclear.

    Chris Cude, que era estudante de graduação na IU Bloomington na época do estudo, olha para o detector de nêutrons do experimento UNCtau. O dispositivo emite uma luz verde quando nêutrons interagem com ele. Crédito:IU Center for Spacetime Symmetries

    Alguns físicos consideram o método do feixe mais preciso porque o método da garrafa corre o risco de contar erroneamente nêutrons absorvidos no recipiente como desaparecendo por decomposição. Mas o estudo de Liu e colegas usa um recipiente invisível feito de campos magnéticos e gravidade para eliminar o risco de interferência de material físico. Como resultado, o experimento pode medir a vida de um nêutron com um alto nível de precisão.

    "Um nêutron poderia tecnicamente viver dentro de nossa armadilha por três semanas, que é muito mais longo do que qualquer outra armadilha de 'garrafa' construída anteriormente, "Liu disse." Esta longa vida útil da armadilha é o que torna possível obter uma medição altamente precisa. "

    O uso de uma "armadilha magneto-gravitacional, "em que a carga magnética e a massa dos nêutrons os impedem de escapar de seu recipiente, também torna mais fácil medir os nêutrons porque a garrafa é "sem tampa, "Liu disse.

    O laboratório de Liu se juntou ao experimento UNCtau em 2011 para ajudar a revigorar o projeto. O trabalho exigiu cinco anos para projetar, fabricar, testar e instalar seus equipamentos na fonte de nêutrons em Los Alamos, depois disso, a equipe começou a realizar experimentos e coletar dados. Membros do laboratório de Liu viajam regularmente para o Novo México para testar equipamentos, execute experimentos e registre os resultados.

    "Cinco anos para colocar um experimento em execução e produzir dados é muito rápido em nosso campo, "Liu disse." Passamos cerca de seis meses no local e seis meses criando hardware a cada ano. Foi realmente um ciclo de prototipagem e aprimoramento rápidos. Nunca teríamos sido capazes de renovar a tecnologia sem o suporte mecânico e técnico disponível no Centro de Exploração de Energia e Matéria da IU. "

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