p Cerca de 10 anos atrás, Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) entrou em um novo campo de pesquisa ao começar a gerar nêutrons ultracold (UCN) para uso em pesquisa fundamental em física. Os físicos e químicos participantes agora relatam outro grande avanço. Eles foram capazes de aumentar o rendimento de UCN de sua fonte por um fator de 3,5. Isso significa que os pré-requisitos estão agora em vigor para começar as medições mais sensíveis necessárias para determinar a vida útil do nêutron livre. p Os nêutrons normalmente não existem em um estado livre, mas, em vez disso, estão ligadas como partículas neutras dentro do núcleo atômico. Os nêutrons livres são instáveis ​​e decaem com uma vida útil de aproximadamente 15 minutos. O reator de pesquisa TRIGA Mainz pode gerar nêutrons térmicos, que, uma vez colocado em contato com o deutério sólido a aproximadamente 270 graus Celsius negativos, são desacelerados para que viajem a aproximadamente cinco metros por segundo. Nesta velocidade, nêutrons livres podem ser armazenados e usados ​​em experimentos. Os cientistas envolvidos na pesquisa fundamental estão particularmente interessados ​​em determinar as propriedades desses nêutrons livres, especialmente sua vida e momento de dipolo elétrico, por meio de medições altamente precisas. Recentemente, eles foram complementados por experimentos para determinar a carga elétrica do nêutron. "O fator limitante em todos esses experimentos e medições é ditado pela densidade de nêutrons ultracold que podemos alcançar, "explicou o professor Werner Heil, um dos cientistas nas instalações da UCN da Universidade de Mainz.

p Cientistas de todo o mundo estão atualmente desenvolvendo novas fontes de UCN. O reator Mainz TRIGA pode gerar nêutrons na operação em modo de pulso, o que significa que o reator é pulsado a cada cinco minutos e, portanto, fornece um alto fluxo de nêutrons. Depois de desacelerar esses nêutrons usando um bloco de deutério sólido, eles são passados ​​por um guia de nêutrons, semelhante a um cabo de fibra ótica, para uso em experimentos fora do escudo biológico do reator. Além da atualização da fonte, a infraestrutura também foi melhorada. A instalação de um liquefeito de hélio diretamente no local proporciona um resfriamento mais eficaz do cristal de deutério e cria condições excelentes para que os experimentos sejam realizados por longos períodos de tempo. Os nêutrons do reator são transportados para o local dos experimentos por meio de tubos de aço inoxidável eletropolidos com uma superfície interna extremamente lisa que evita perdas de nêutrons. Essas paredes internas do tubo receberam agora um novo revestimento de liga de níquel-58-molibdênio para melhorar ainda mais seu desempenho.

p Os cientistas conseguiram armazenar 8,5 UCN por centímetro cúbico. "Em comparação com nossos resultados anteriores, fomos capazes de aumentar o rendimento de UCN por um fator de 3,5, "disse o professor Norbert Trautmann, do Instituto de Química Nuclear JGU. O recipiente de armazenamento empregado era um cilindro de aço inoxidável padronizado, especialmente fornecido pelo Paul Scherrer Institute (PSI) na Suíça para medições padronizadas. Este vaso usado para um estudo comparativo de fontes de nêutrons ultracold em operação tem um volume de 32 litros, que corresponde a recipientes de armazenamento típicos para experimentos UCN. Esta configuração é geralmente considerada como a maneira mais confiável de realizar as medições correspondentes. Uma densidade de 8,5 UCN por centímetro cúbico coloca Mainz na primeira divisão neste aspecto. "Agora somos totalmente competitivos com os institutos líderes mundiais na área, "afirmou Heil.

p "O aumento da densidade de UCN é particularmente importante para experimentos de vida, que deve começar em breve, "disse o professor Tobias Reich, chefe do Instituto de Química Nuclear JGU, que acomoda o reator TRIGA.

p Graças ao melhor desempenho, os cientistas estão confiantes de que alcançarão uma qualidade de experimento aprimorada em um tempo muito mais curto. Determinar exatamente a vida útil do nêutron livre é de grande interesse, porque os dois métodos comumente usados, ou seja, armazenamento de UCN em vasos de material e o método de feixe de nêutrons usado para detectar produtos de decaimento (prótons) em voo, produzir resultados diferentes. Isso pode ser devido a erros sistemáticos não reconhecidos ou a possíveis canais de decaimento exóticos, um indicador para a física além do modelo padrão.

p As medições de UCN foram realizadas usando o tubo de feixe D do TRIGA Mainz. Esta fonte é operada principalmente em modo de pulso e também está disponível para usuários externos. "Para experiências futuras, como medições ao longo da vida, poderemos utilizar a fonte em operação de turno duplo por três semanas, das 8h à meia-noite, "acrescentou o Dr. Christopher Geppert, gerente do TRIGA Mainz.