Ученые впервые измерили продолжительность жизни нейтронов в космическом пространстве

Когда нейроны находятся в ядре, они имеют довольно стабильное существование. Но после выброса из ядра продолжительность их жизни значительно укорачивается. Как сильно? Точно ученые не знают, так как существующие методы измерения дают два разных результата. Поэтому исследователи обратились к новому методу.

С 1990-х годов использовались два разных эксперимента для измерения времени жизни нейтрона: «бутылка» и «луч». В первом методе ученые создают ловушку — механическую, гравитационную, магнитную или их комбинацию — и измеряют, сколько времени требуется нейтронам внутри для распада. Во втором методе ученые запускают пучок нейтронов и подсчитывают протоны и электроны, которые образуются в результате распада нейтронов.

Оба метода очень точны, но есть большая проблема. Первый метод показывает 14 минут и 39 секунд, с погрешностью 0,5 секунды. Второй метод показывает 14 минут и 48 секунд, с погрешностью в две секунды. Это различие может показаться не слишком большим, но при попытке сузить срок службы нейтрона оно огромно.

Когда космические лучи сталкиваются с атомами на поверхности планеты или в ее атмосфере, некоторые нейтроны выбрасываются в космос и находятся там до полного своего распада. Теоретически, на больших высотах должно быть меньше нейтронов, но, чтобы это доказать, нужен правильный инструмент.

В период с 2011 по 2015 год космический корабль NASA MESSENGER вращался вокруг Меркурия. Его маршрут включал два облета Венеры и три облета Меркурия. По мере приближения к Венере нейтронный спектрометр корабля собирал данные о нейтронах, вылетающих из планеты со скоростью несколько километров в секунду.

На минимальной высоте в 339 километров MESSENGER был близок к максимальному расстоянию, которое нейтроны могут пройти до распада. Чтобы рассчитать продолжительность жизни нейтронов, команда смоделировала, сколько нейтронов они должны обнаружить на высотах полета Венеры для диапазона продолжительности жизни от десяти до 17 минут. Согласно созданной модели, наиболее верная продолжительность составляет около 13 минут.