Dolar 12,4280
Euro 14,0266
Altın 717,01
BİST 1.776
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 21 °C
Kuvvetli Sağanak

Bir Nötron Ne Kadar Yaşar? Fizikçiler Şimdiye Kadarki En Hassas Ölçümü Yapıyorlar

02.11.2021
47
Bir Nötron Ne Kadar Yaşar?  Fizikçiler Şimdiye Kadarki En Hassas Ölçümü Yapıyorlar

Nötron Ömrü

Fizikçiler, bir nötronun ömrünün en kesin ölçümünü yapmak için “şişe” yöntemini kullanırlar.

Nötron adı verilen parçacıklar, genellikle atomların içinde çok içeriklidir. Evrenimizdeki maddeyi oluşturan bazı atomların içinde milyarlarca yıl ve daha uzun süre kalırlar. Ancak nötronlar serbest haldeyken ve bir uzayın dışında tek başlarına yüzerken atom, protonlara ve diğer parçacıklara bozunmaya başlarlar. Ömürleri kısadır, sadece 15 dakika sürer.

Fizikçiler, biri şişeler ve diğeri kirişler içeren iki teknik kullanarak bir nötronun kesin ömrünü ölçmek için onlarca yıl harcadılar. Ancak iki yöntemin sonuçları eşleşmedi: yaklaşık 9 saniye farklılık gösteriyorlar, bu da yalnızca yaklaşık 15 dakika yaşayan bir parçacık için önemli.

Şimdi, dergide yayınlanan yeni bir çalışmada Fiziksel İnceleme MektuplarıBilim adamlarından oluşan bir ekip, şişe tekniğini kullanarak bir nötronun ömrünün şimdiye kadarki en hassas ölçümünü yaptı. UCNtau olarak bilinen deney (Ultra Soğuk Nötronlar için tau, burada tau nötron ömrünü ifade eder), nötronun 0,005 dakikalık bir belirsizlikle 14.629 dakika yaşadığını ortaya çıkardı. Bu, yöntemlerden herhangi biri kullanılarak yapılan önceki ölçümlerden iki kat daha kesin bir faktördür. Sonuçlar, şişe ve kiriş yöntemlerinin neden uyuşmadığının gizemini çözmezken, bilim insanlarını bir cevaba yaklaştırıyor.

Ultracold Nötron Dedektörü Küvet Tuzağı

“Küvet” tuzağında kullanılan yüksek verimli ultra soğuk nötron dedektörü. Kredi: Los Alamos Ulusal Laboratuvarı / Michael Pierce

Francis L. Moseley Fizik Profesörü ve yeni çalışmanın ortak yazarı Brad Filippone, “Bu yeni sonuç, nötron ömrü bulmacasını çözmeye yardımcı olacak bağımsız bir değerlendirme sağlıyor” diyor. Yöntemler uyuşmamaya devam ediyor, diye açıklıyor, çünkü yöntemlerden biri hatalı ya da fizikte henüz anlaşılmayan yeni bir şeyler oluyor.

“Diğer hassas ölçümlerle birleştirildiğinde, bu sonuç yeni fiziğin keşfi için çok aranan kanıtı sağlayabilir” diyor.

Nötron Ömrü Sonuçlarının Karşılaştırılması

1980’lerin başından beri gerçekleştirilen birkaç deneyden elde edilen nötron ömrünün bir karşılaştırması. Kiriş deneyleri kırmızı, şişe mavi olarak gösterilmiştir. Henüz en kesin olan UCNtau projesinin son sonuçları sarı renkte gösteriliyor ve .34 saniyelik bir belirsizlikle 877.75 saniyelik bir nötron ömrünü gösteriyor. Kredi bilgileri: Eric Fries/Caltech

Sonuçlar, bebek evrenimizdeki maddenin ilk olarak sıcak bir nötron ve diğer parçacıklar çorbasından nasıl donduğu gibi uzun süredir devam eden diğer gizemlerin çözülmesine de yardımcı olabilir. Filippone, “Nötron ömrünü tam olarak bildiğimizde, atom çekirdeklerinin evrenin ilk dakikalarında nasıl oluştuğunu açıklamaya yardımcı olabilir” diyor.

Kör Testler

2017 ve 2018 yıllarında, UCNtau ekibi Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda (LANL) iki şişe deneyi gerçekleştirdi. Şişe yönteminde, serbest nötronlar, protonlara bozunmaya başladıkları, yaklaşık bir küvet büyüklüğünde, ultra soğuk, manyetize edilmiş bir şişede tutulur. Araştırmacılar, karmaşık veri analiz yöntemlerini kullanarak zaman içinde kaç nötron kaldığını hesaplayabilir. (Işın yönteminde, bir nötron demeti protonlara bozunur ve nötronlar değil protonlar sayılır.)

Deneyler boyunca, UCNtau işbirliği 40 milyon nötron saydı.

Bailey Katliamı

Indiana Üniversitesi’nde lisans öğrencisiyken daha önce UCNtau projesinde çalışmış olan Bailey Slaughter, burada nötronların ömrünü saymak için kullanılan tuzak veya “şişe” içinde çalışma yaparken görülüyor. Kredi bilgileri: Chen-Yu Liu

Araştırmacıların bilinçli veya bilinçsiz olarak sonuçları beklenen sonuçlarla eşleştirmek için çarpıtmasından kaynaklanan ölçümlerdeki olası önyargıları ortadan kaldırmak için işbirliği, kör bir şekilde çalışan üç gruba ayrıldı. Bir takıma Caltech, bir başkası Indiana Üniversitesi ve bir başkası LANL tarafından yönetildi. Her takıma sahte bir saat verildi, böylece araştırmacılar aslında ne kadar zaman geçtiğini bilmeyecekti.

Caltech ekibine liderlik eden ve araştırmayı bir parçası olarak gerçekleştiren ortak yazar Eric Fries (PhD ’22), “Saatlerimizi, birinin bildiği ama daha sonra deneyin sonuna kadar gizli tuttuğu bir miktarda bilerek biraz azalttık” diyor. doktora tezinden.

patates kızartması

Eric Fries. Kredi bilgileri: Caltech

Bu, deneyi daha güvenilir kılıyor, çünkü sonuçların beklenen nötron ömrüne uymasında bilinçli veya bilinçsiz bir önyargı şansı yok” diye ekliyor Filippone. “Dolayısıyla, ‘körlemeyi kaldırma’ sırasında en sonunda bunu düzeltene kadar gerçek yaşam süresini bilemeyiz.”

Zippy nötronların yakalanması

Filippone, başıboş nötronların çalışmasındaki bir zorluğun atomlara kolayca bağlanabilmeleri olduğunu söylüyor. Deney düzeneğindeki atom çekirdeklerinin “nötronları Pac-Man gibi kolayca yiyebileceğini” belirtiyor. Sonuç olarak, araştırmacılar istenmeyen gazları dışarıda tutmak için haznede çok sıkı bir vakum oluşturmak zorunda kaldılar.

hey ayrıca nötronları manyetik alanlar tarafından yakalanıp sayılabilmesi için önemli ölçüde yavaşlatmak zorunda kaldı.

Filippone, “Bu nötronları çeşitli aşamalardan geçerek soğutmamız gerekiyor” diyor. “Sondaki kilit adım, nötronların katı bir donmuş döteryum yığını ile etkileşime girmesini sağlamaktır. [a heavier version of hydrogen] nötronların enerji kaybetmesine neden olan bir doğum günü pastası büyüklüğünde.

Deneyler yapıldıktan ve veriler toplandıktan sonra, üç takımın her biri verileri analiz etmek için farklı yaklaşımlar kullandı. Fries ve Caltech ekibi, nötronları saymak için makine öğrenimi yöntemlerini kullandı. Fries, “Zor olan kısım, tek tek veri noktalarına bakmak ve evet, bu aslında bir nötron demek” diyor.

Brad Filippone

Brad Filippone. Kredi bilgileri: Caltech

Her üç takım da sonuçlarını körlediğinde, dikkate değer düzeyde bir anlaşma buldular. Fries, “Hepimiz verileri farklı şekilde ele aldık, ancak genel istatistiksel hatadan daha az farklarla neredeyse aynı cevabı bulduk” diyor.

Sonunda, nötron ömrü milyonda 400 parçadan daha iyi bir hassasiyetle hesaplandı ve bu da onu şimdiye kadarki en kesin sonuç yaptı. Işın yöntemi kullanılarak yapılan ölçümlerin daha da iyileştirilmesine yardımcı olmak ve nihayetinde sistematik hataların veya yeni fiziğin nötron ömrü gizeminin arkasında olup olmadığını belirlemek için gelecekteki deneyler devam etmektedir.

Bu çalışma hakkında daha fazla bilgi için, Fizikçiler Nötron Ömrüyle İlgili Dünyanın En Hassas Ölçümünü Yaptılar başlıklı makaleyi okuyun.

“UCNtau ile geliştirilmiş bir nötron ömrü ölçümü” başlıklı makale, LANL, ABD Enerji Bakanlığı, Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü tarafından finanse edildi.

Referans: “UCN ile iyileştirilmiş nötron ömrü ölçümüT” tarafından FM Gonzalez, EM Fries, C. Cude-Woods, T. Bailey, M. Blatnik, LJ Broussard, NB Callahan, JH Choi, SM Clayton, SA Currie, M. Dawid, EB Dees, BW Filippone, W. Fox , P. Geltenbort, E. George, L. Hayen, KP Hickerson, MA Hoffbauer, K. Hoffman, AT Holley, TM Ito, A. Komives, C.-Y. Liu, M. Makela, CL Morris, R. Musedinovic, C. O’Shaughnessy, RW Pattie Jr., J. Ramsey, DJ Salvat, A. Saunders, EI Sharapov, S. Slutsky, V. Su, X. Sun, C. Swank, Z. Tang, W. Uhrich, J. Vanderwerp, P. Walstrom, Z. Wang, W. Wei ve AR Young (UCNt İşbirliği), 13 Ekim 2021, Fiziksel İnceleme Mektupları.
arXiv: 2106.10375
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.162501

.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.