杜伦大学 艺术家对美国宇航局水星表面、空间环境、地球化学和水星轨道上的测距信使号宇宙飞船的印象
学分:美国宇航局/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/华盛顿卡内基学院 科学家首次发现了一种从太空测量中子寿命的方法——这一发现可以让我们更多地了解早期宇宙
知道中子的寿命是理解宇宙形成13大爆炸后元素形成的关键
80亿年前
英国达勒姆大学和美国约翰·霍普金斯应用物理实验室的科学家利用美国宇航局水星表面、空间环境、地球化学和测距(MESSENGER)航天器的数据进行了他们的发现
当信使号飞越金星和水星时，它测量了中子粒子从这两颗行星泄漏的速度
探测到的中子数量取决于中子寿命相对于它们飞向航天器的时间，这给科学家们提供了一种计算亚原子粒子能存活多久的方法
发表在《物理评论研究》杂志上的这一发现可能会为结束长达数十年的僵局提供一条途径，在这个僵局中，研究人员对中子能够存活多长时间意见不一——相差仅几秒钟
医生
达勒姆大学计算宇宙学研究所的文森特·埃克说:“自由中子的寿命为粒子物理的标准模型提供了一个关键的测试，它还会影响大爆炸后几分钟内在早期宇宙中形成的氢和氦的相对丰度，因此它具有广泛的意义
“天基方法为打破两种相互竞争的地球测量技术之间的僵局提供了可能性
" 中子通常存在于原子核中，但在原子外会迅速分解成电子和质子
科学家们以前使用过两种基于实验室的方法——所谓的“瓶子法”和“光束”技术——来试图确定中子的寿命
瓶子法——将中子捕获在瓶子里，测量它们的放射性衰变需要多长时间——表明它们平均可以存活14分39秒
艺术家关于MESSENGER如何提供数据来估计中子寿命的示意图
撞击金星大气层的宇宙射线喷射出中子，这些中子逐渐飞向太空
随着中子向更高的高度移动，时间流逝得更多，更多的中子发生放射性衰变
MESSENGER计算了在不同高度“看到”的中子数量，让研究人员了解中子数量开始下降的地方
使用模型，研究人员可以估算中子寿命
学分:美国约翰·霍普金斯应用物理实验室
使用另一种光束技术——发射一束中子，并计算放射性衰变产生的质子数——大约需要14分48秒，比瓶子法长9秒
虽然这看起来只是一个微小的差异，但科学家们表示差距可能是巨大的
由于粒子物理学的标准模型要求中子寿命约为14分39秒，任何偏离这一点的情况都会引起我们对这一模型理解的根本改变
信使号携带了一个中子分光计来探测宇宙射线与水星表面原子碰撞释放到太空中的中子，作为确定这颗行星上是否存在水的研究的一部分
在其途中，宇宙飞船首次飞越金星，在那里它首次收集了中子测量数据
医生
杜伦大学计算宇宙学研究所的雅各布·凯格尔瑞斯说:“尽管信使系统是为其他目的而设计的，但我们仍然能够利用这些数据来估计中子寿命
航天器在金星和水星表面上方的大范围高度上进行了观察，这使我们能够测量中子通量如何随着与行星的距离而变化
" 利用模型，研究小组估计信使号在金星上方的高度上中子寿命应该在10到17分钟之间
对于更短的寿命，存活时间足够长的中子会更少，到达MESSENGER的中子探测器
他们发现中子寿命为13分钟，统计和其他不确定性的不确定性约为130秒，如白天中子数量是否变化以及水星表面化学组成的不确定性
他们估计的中子寿命正好落在“瓶”和“束”方法估计的范围内
主要作者Dr
约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的杰克·威尔逊说:“这就像一个大瓶子实验，但是我们不是利用墙壁和磁场，而是利用金星的引力来限制中子，时间相当于它们的寿命
" 由于天基测量中的系统误差与瓶子和光束方法中的系统误差无关，研究人员表示，他们的新方法可以提供一种打破现有竞争测量之间僵局的方法
研究人员补充说，更精确的测量需要专门的空间任务，可能是去金星，因为它厚厚的大气层和巨大的质量在行星周围捕获中子
他们希望利用他们的新技术设计和建造一种能够高精度测量中子寿命的仪器
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