Impresión artística de NASA MErcury Surface, Medio ambiente espacial, Geoquímica, y la nave espacial MESSENGER de alcance en órbita en Mercurio. Crédito:NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Institución Carnegie de Washington
Los científicos han encontrado una forma de medir la vida útil de los neutrones desde el espacio por primera vez, un descubrimiento que podría enseñarnos más sobre el universo primitivo.
Conocer la vida útil de los neutrones es clave para comprender la formación de elementos después del Big Bang que formó el universo hace 13.800 millones de años.
Científicos de la Universidad de Durham, REINO UNIDO, y el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins, ESTADOS UNIDOS, utilizó datos de MErcury Surface de la NASA, Medio ambiente espacial, Geoquímica, y naves espaciales de rango (MESSENGER) para hacer su descubrimiento.
Mientras MESSENGER volaba sobre Venus y Mercurio, midió la velocidad a la que las partículas de neutrones se escapaban de los dos planetas.
La cantidad de neutrones detectados dependió del tiempo que les tomó volar hasta la nave espacial en relación con la vida útil de los neutrones. dando a los científicos una forma de calcular cuánto tiempo podrían sobrevivir las partículas subatómicas.
Los resultados, publicado en la revista Investigación de revisión física , podría proporcionar una ruta para poner fin a un estancamiento de décadas que ha provocado que los investigadores no estén de acuerdo —por cuestión de segundos— sobre cuánto tiempo pueden sobrevivir los neutrones.
Dr. Vincent Eke, en el Instituto de Cosmología Computacional, en la Universidad de Durham, dijo:"La vida útil de los neutrones libres proporciona una prueba clave del modelo estándar de física de partículas, y también afecta la abundancia relativa de hidrógeno y helio formados en el universo temprano, pocos minutos después del Big Bang, por lo que tiene implicaciones de amplio alcance.
"Los métodos basados en el espacio ofrecen la posibilidad de romper el callejón sin salida entre las dos técnicas de medición terrestres en competencia".
Los neutrones se encuentran normalmente en el núcleo de un átomo, pero se desintegran rápidamente en electrones y protones cuando están fuera del átomo.
Los científicos han utilizado previamente dos métodos de laboratorio, el llamado "método de la botella" y la técnica del "haz", para intentar determinar la vida útil de los neutrones.
El método de la botella, que atrapa neutrones en una botella y mide cuánto tiempo tarda su radiactividad en decaer, sugiere que pueden sobrevivir en promedio 14 minutos 39 segundos.
Esquema del artista de cómo MESSENGER proporcionó datos para estimar la vida útil de los neutrones. Los rayos cósmicos que golpean la atmósfera de Venus expulsan neutrones que vuelan gradualmente al espacio. A medida que los neutrones se mueven a mayores altitudes, pasa más tiempo, y más neutrones se desintegran radiactivamente. MESSENGER contó el número de neutrones "vistos" a varias altitudes, permitiendo a los investigadores localizar dónde comienzan a caer los números de neutrones. Usando modelos, los investigadores pueden entonces estimar la vida útil de los neutrones. Crédito:Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins, ESTADOS UNIDOS.
El uso de la técnica de haz alternativo, que dispara un haz de neutrones y cuenta la cantidad de protones creados por la desintegración radiactiva, da aproximadamente 14 minutos y 48 segundos, nueve segundos más que el método de la botella.
Si bien esto puede parecer una pequeña diferencia, los científicos dicen que la brecha podría ser enorme. Como el modelo estándar de física de partículas requiere que la vida útil de los neutrones sea de aproximadamente 14 minutos 39 segundos, cualquier desviación de esto provocaría un cambio fundamental en nuestra comprensión de este modelo.
MESSENGER llevó un espectrómetro de neutrones para detectar neutrones sueltos en el espacio por rayos cósmicos que chocan con átomos en la superficie de Mercurio como parte de una investigación para determinar la existencia de agua en el planeta.
En su camino, la nave espacial voló por primera vez por Venus, donde recopiló mediciones de neutrones por primera vez.
Dr. Jacob Kegerreis, en el Instituto de Cosmología Computacional, en la Universidad de Durham, dijo:"Aunque MESSENGER fue diseñado para otros propósitos, aún pudimos usar los datos para estimar la vida útil de los neutrones. La nave espacial hizo observaciones en una amplia gama de alturas sobre las superficies de Venus y Mercurio, lo que nos permitió medir cómo cambia el flujo de neutrones con la distancia a los planetas ".
Usando modelos, el equipo estimó que el número de neutrones que MESSENGER debería contar a su altitud por encima de Venus durante la vida útil de los neutrones sería de entre 10 y 17 minutos. Para las vidas más cortas, menos neutrones sobreviven el tiempo suficiente para alcanzar el detector de neutrones de MESSENGER.
Descubrieron que la vida útil de los neutrones era de 13 minutos, con una incertidumbre de aproximadamente 130 segundos debido a incertidumbres estadísticas y de otro tipo, como si el número de neutrones cambia durante el día y la incertidumbre sobre la composición química de la superficie de Mercurio.
Su vida útil estimada de neutrones se acerca al rango de las estimaciones del método de "botella" y "haz".
El autor principal, el Dr. Jack Wilson, del Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins, dijo:"Es como un experimento con una botella grande, pero en lugar de usar paredes y campos magnéticos, usamos la gravedad de Venus para confinar neutrones durante tiempos comparables a su vida ".
Dado que los errores sistemáticos en las mediciones realizadas desde el espacio no están relacionados con los de los métodos de botella y haz, los investigadores dijeron que su nuevo método podría proporcionar una manera de romper el punto muerto entre lo existente, mediciones en competencia.
Los investigadores agregaron que las mediciones más precisas requerirían una misión espacial dedicada, posiblemente a Venus, ya que su atmósfera espesa y su gran masa atrapan neutrones alrededor del planeta.
Esperan diseñar y construir un instrumento que pueda realizar una medición de alta precisión de la vida útil de los neutrones utilizando su nueva técnica.
