中子“寿命”迄今最精确测量结果发布

据物理学家组织网12日报道，一个国际物理学家团队宣布，他们对中子的“寿命”开展了迄今最精确测量，精确度提高了两倍多，不确定性不足1/10，相关研究发表于13日的《物理评论快报》，有助揭示宇宙的演化历程并为发现新物理现象提供证据。

最新实验的科学目的是测量自由中子在原子核范围外的平均寿命。该研究负责人之一、洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家丹尼尔·萨尔瓦特说：“非常精确测量这个值意义重大，因为了解中子的精确寿命可以揭示宇宙的发展演化历程，也可以让物理学家发现现有亚原子粒子标准模型中的缺陷。”

研究中使用的中子由洛斯阿拉莫斯国家实验室中子科学中心内的超冷中子源（UCNtau）内产生。研究人员在一个拥有4000块磁铁的“浴缸”内捕获这些中子，并将其温度降低到接近绝对零度。等待30到90分钟后，研究人员计算了“浴缸”内幸存的中子，它们在磁力的作用下悬浮起来。

UCNtau陷阱的独特设计可以将中子储存11天以上，比早期设计的时间长得多，从而最大限度地减少了对中子寿命测量结果的影响。在两年多里，研究人员计算了使用这种方法捕获的大约4000万个中子的寿命。

该研究负责人、美国印第安纳大学伯明顿分校物理系主任大卫·巴克斯特说：“这项工作为一些测量确立了新的黄金标准，对回答早期宇宙中元素的相对丰度等问题至关重要。”

萨尔瓦特说，实验结果有助于验证被广泛接受的粒子物理学标准模型的准确性，还有助于理解物理学中的新思想（如中子衰变为暗物质）在宇宙演化理论中的潜在作用，帮助解释第一批原子核是如何形成的。

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不在原子核内的中子，通常只能存在十几分钟。一般认为，科学家用“瓶子”和“束”两种方法来测量中子的寿命。前者是把中子放入一个瓶子，在一段时间后数还剩下多少个中子；后者是指把中子注入探测器，探测器计算中子衰变产生的质子数。此次科研人员采用的方法也是计算“幸存”的中子数，只是手段更为精密。中子的寿命和宇宙演化这一宏大命题密切相关。科研人员认为，它对于了解138亿年前宇宙大爆炸后的最初几分钟内形成的氢、氦和其他轻元素的数量非常重要。

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