Κβαντική Ηλεκτροδυναμική: Φυσικοί μέτρησαν κάτι νέο στη ραδιενεργό διάσπαση νετρονίων – αποκάλυψη μιας νέας φυσικής;

Ένα νετρόνιο σε ελεύθερο χώρο ζει για περίπου 15 λεπτά πριν διασπαστεί σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο. Σύμφωνα με την Κβαντική Ηλεκτροδυναμική (QED), η διάσπαση παράγει επίσης φωτόνια, περισσότερα από τα οποία προέρχονται από την επιβράδυνση του ηλεκτρονίου που εκπέμπεται. Τώρα το φάσμα αυτών των φωτονίων, μετρήθηκε με τη μεγαλύτερη μέχρι στιγμής ακρίβεια, σε πείραμα που έγινε στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) στο Maryland. Η μέτρηση πλησιάζει στο επίπεδο ακρίβειας που χρειάζεται για να αναζητηθούν αποκλίσεις από τις προβλέψεις του QED, οι οποίες θα σηματοδοτούσαν ένα ρήγμα για το Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής.

Στο πείραμα, γνωστό ως RDK II, μια στενή δέσμη νετρονίων οδηγείται μέσω ενός μαγνητικού πηνίου. Όταν ένα νετρόνιο διασπαστεί, το πεδίο του πηνίου οδηγεί το ηλεκτρόνιο και το πρωτόνιο που εκπέμπονται μακριά από τη δέσμη, σε ένα ευαίσθητο σε φορτίο ανιχνευτή, όπου μετριούνται τα σωματίδια. Όμως, ένα φωτόνιο μετριέται μόνο αν ανιχνεύεται σε σύμπτωση με το σήμα και από τα δυο, το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο.

β-Διάσπαση Νετρονίου (Από το NIST)

Το 2006, η ομάδα του NIST χρησιμοποίησε αυτή τη διάταξη για να μετρήσει την αναλογία διακλάδωσης φωτονίου [egno: είναι η αναλογία των σωματιδίων τα οποία διασπώνται με ένα ξεχωριστό τρόπο διάσπασης, σε σχέση με τον συνολικό αριθμό των σωματιδίων τα οποία διασπώνται] με μια αβεβαιότητα περίπου 10% πάνω από μια ενεργειακά ορισμένη περιοχή. Το νέο πείραμα μειώνει αυτή την αβεβαιότητα σε λιγότερο από 5% μετρώντας περισσότερα νετρόνια, συλλέγοντας περισσότερα φωτόνια και χρησιμοποιώντας νέες τεχνικές που να χαρακτηρίζουν τους ανιχνευτές. Με βάση 22 εκατομμύρια γεγονότα ηλεκτρονίου-πρωτονίου, οι ερευνητές αναφέρουν ένα μέσο κλάσμα διακλάδωσης 3,35X10^-3 για παραγωγή φωτονίων με ενέργειες μεταξύ 14,1 και 782 keV. Τώρα οι ερευνητές εργάζονται για να μειώσουν την αβεβαιότητα στο 1%, επίπεδο που απαιτείται για τον έλεγχο προβλέψεων που πάνε πέρα από το την QED.

Πηγή: American Physical Society (APS Physics), επίσης National Institute of Standards and Technology (NIST)

Περισσότερα στη δημοσίευση: Precision Measurement of the Radiative β Decay of the Free Neutron. Phys. Rev. Lett. 116.