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    Neutrones medidos con una precisión sin precedentes utilizando una trampa magnetogravitacional

    La trampa de la 'botella' de UNCtau. Una combinación de campos magnéticos y gravedad evita que los neutrones escapen del contenedor. Crédito:Laboratorio Nacional de Los Alamos

    Un estudio dirigido en parte por físicos del Centro de la Universidad de Indiana para la Exploración de la Energía y la Materia podría proporcionar una nueva perspectiva de la composición del universo inmediatamente después del Big Bang, así como mejorar los cálculos utilizados para predecir la vida útil de las estrellas y describir las reglas que gobiernan el mundo subatómico.

    El estudio, publicado el 11 de mayo en la revista Ciencias , informa una forma muy precisa de medir la tasa de desintegración de los neutrones. Un autor del estudio, Chen-Yu Liu, es profesor en el Departamento de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de IU Bloomington.

    "Esta es una mejora significativa en comparación con experimentos anteriores, "dijo Liu, que es un líder en el experimento UNCtau, que utiliza neutrones de la fuente de neutrones ultrafríos del Centro de ciencia de neutrones de Los Alamos en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México. "Los datos son mucho más precisos que los que teníamos antes".

    La tasa de desintegración de los neutrones (partículas subatómicas sin carga) es significativa porque se utiliza para predecir la proporción de hidrógeno y helio en el universo unos minutos después del Big Bang. El número también afecta los cálculos utilizados para determinar qué tan rápido se queman los átomos de hidrógeno dentro de las estrellas y las reglas que controlan las partículas elementales como quarks y gluones. Esto se debe a que durante la desintegración de neutrones, un quark "arriba" se transforma en un quark "abajo", un proceso que los físicos aún no comprenden completamente.

    Actualmente, los científicos utilizan dos métodos para aislar neutrones y calcular sus tasas de desintegración:

    • El método de la "botella":contar la cantidad de neutrones que quedan en el tiempo después de quedar atrapados dentro de un contenedor.
    • El método del "haz":medir la tasa de protones que emergen de un haz de neutrones generado por un reactor nuclear.

    Chris Cude, quien era un estudiante de pregrado en IU Bloomington en el momento del estudio, mira el detector de neutrones del experimento UNCtau. El dispositivo emite luz verde cuando los neutrones interactúan con él. Crédito:Centro de IU para las simetrías del espacio-tiempo

    Algunos físicos consideran que el método del haz es más preciso porque el método de la botella corre el riesgo de contar mal los neutrones absorbidos en el contenedor como si desaparecieran de la desintegración. Pero el estudio de Liu y sus colegas utiliza un contenedor invisible hecho de campos magnéticos y gravedad para eliminar el riesgo de interferencia del material físico. Como resultado, el experimento puede medir la vida útil de un neutrón con un alto nivel de precisión.

    "Un neutrón técnicamente podría vivir dentro de nuestra trampa durante tres semanas, que es mucho más larga que cualquier otra trampa de 'botella' construida previamente, "Dijo Liu." Esta larga vida útil de la trampa es lo que hace posible lograr una medición de alta precisión ".

    El uso de una "trampa magnetogravitacional, "en el que la masa y la carga magnética de los neutrones les impiden escapar de su contenedor, también hace que sea más fácil medir los neutrones porque la botella no tiene tapa, "Dijo Liu.

    El laboratorio de Liu se unió al experimento UNCtau en 2011 para ayudar a revitalizar el proyecto. El trabajo requirió cinco años para diseñar, fabricar, probar e instalar sus equipos en la fuente de neutrones en Los Alamos, después de lo cual el equipo comenzó a realizar experimentos y recopilar datos. Los miembros del laboratorio de Liu viajan regularmente a Nuevo México para probar equipos, Realice experimentos y registre los resultados.

    "Cinco años para ejecutar un experimento y producir datos es muy rápido en nuestro campo, "Dijo Liu." Pasamos unos seis meses en el sitio y seis meses creando hardware cada año. Realmente fue un ciclo de creación rápida de prototipos y mejoras. Nunca hubiéramos podido renovar la tecnología sin el apoyo mecánico y técnico disponible en el Centro IU para la Exploración de Energía y Materia ".

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