Toda la materia que compone las estrellas nuestro planeta y la vida en él llegaron a existir hace 13.800 millones de años como resultado del Big Bang. Un milisegundo después de que ocurriera el Big Bang, se formaron neutrones y protones y comenzaron a fusionarse en pequeños núcleos atómicos. Esto se conoce como la era de la nucleosíntesis del Big Bang (BBN). Durante BBN, protones (hidrógeno), los principales bloques de construcción de las estrellas, combinado con neutrones para formar helio y otros elementos ligeros. Todo esto sucedió dentro del primero, aproximadamente, 20 minutos de este nuevo universo.

Neutrones aunque, son inherentemente inestables (donde la vida, τ, es de aproximadamente 881 segundos) y no duran mucho fuera de un núcleo atómico. Debido a que el neutrón se desintegra en una escala de tiempo similar al período de BBN, Las simulaciones precisas de la era BBN requieren un conocimiento profundo de la vida útil de los neutrones, el tiempo promedio requerido para que un neutrón decaiga, pero este valor aún no se conoce con precisión. Esta semana en el diario Revisión de instrumentos científicos , Los científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos (LANL) informan sobre un método nuevo e interesante para medirlo.

Las mediciones de la vida útil de los neutrones y las simulaciones precisas de BBN requieren que los viejos neutrones se liberen de sus jaulas nucleares. Christopher Morris de LANL y autor del nuevo estudio explicó que los neutrones se han "fosilizado" esencialmente en los núcleos de los átomos. Al estudiar estas "partículas fósiles, " luego, puede dar una idea de los primeros momentos de la existencia del universo.

Cuando terminó BBN, la mayoría de los neutrones estaban encerrados en los núcleos de los átomos de helio. Hoy dia, casi toda la materia del universo todavía está cerca de la delicada proporción inicial de helio a hidrógeno. La proporción es importante ya que determina qué tan rápido nuestro sol quema hidrógeno, alimentando la vida en la tierra.

La cantidad de neutrones en la tierra es un resultado directo de BBN y procesos posteriores que ocurrieron en estrellas antiguas. Hace 4.500 millones de años, finalmente había suficientes neutrones alrededor para formar planetas rocosos, como la tierra y elementos como carbono y oxígeno, esencial para la vida.

Morris explicó que hay dos formas de medir la vida útil de los neutrones:la primera es contar el número de protones producidos cuando los neutrones fríos en un haz decaen. El segundo es atrapar los neutrones en una botella de metal, con campos magnéticos o incluso por gravedad, similar a cómo el agua queda "atrapada" en una bañera. El método que ha desarrollado su grupo utiliza una trampa magnética-gravitacional que involucra una combinación de imanes y gravedad.

El método de captura utiliza partículas muy frías, los llamados neutrones ultrafríos, o UCN. Las paredes del contenedor de la botella o un campo magnético repelen los UCN neutrales, haciéndolos flotar en el dispositivo. Según la física estándar, la única vía que tienen estos neutrones para escapar es a través de la desintegración en un protón y un electrón.

El nuevo dispositivo, ensamblado en LANL, involucra una trampa magnética-gravitacional con una forma diseñada específicamente para agitar los neutrones mientras llenan la trampa. Esto evita problemas en experimentos anteriores donde los neutrones de movimiento lento llenaban partes de la trampa de manera desigual, resultando en mediciones de vida útil posiblemente falsas.

Experimentos previos con haces y contenedores parecían dar tiempos de vida de neutrones muy diferentes, la medición más precisa que utiliza una trampa de botella difiere en casi cuatro desviaciones estándar de la medida en un haz. En los resultados publicados esta semana, Morris y sus colaboradores informan una vida útil de los neutrones de 878 segundos, muy parecido al que se encuentra en las trampas de las botellas de material, pero difiere significativamente de la vida útil de los neutrones medida en los haces.

La diferencia entre las medidas del haz y la botella puede deberse a un error aún no identificado. Morris sugiere que una explicación más exótica es que los neutrones desaparecen del rayo sin ni siquiera producir un protón. Esto plantea la posibilidad de que la noción algo controvertida y aún misteriosa de materia oscura pueda estar involucrada. Los estudios futuros explorarán estas intrigantes posibilidades.