CUANTO VIVE EL NEUTRÓN?
Una de las variables más importantes en la física, es el tiempo.
Por lo mismo, también son importantes las otras magnitudes que dependen de él.
Qué haríamos si no se conociera con exactitud cuánto mide un segundo?
Si la luz recorre en un segundo una distancia tan grande; es obligatorio precisar también, con sumo rigor, la duración de los eventos significativos de la física; principalmente esos eventos que establecen patrones.
Pues bien; se conoce con mucha precisión el tiempo en el que todos los átomos radiactivos decaen a la mitad de su número; se conoce el tiempo de duración de la oscilación de una onda luminosa, pero no se conoce con precisión la vida media de un neutrón libre.
La precisión de esa medición ha venido mejorando en el tiempo; pero si queremos evaluar fenómenos relacionados con la decadencia del neutrón, como la teoría sobre la formación de los primeros protones y átomos al inicio del tiempo, precisamente cuando todos los eventos eran de muy “corta duración”; se requiere entonces, contar con un valor único.
Prácticamente el éxito del llamado Modelo estándar depende de ello; entre otras cosas, porque el decaimiento del neutrón libre para producir un protón, es el caso más simple de aplicación de la interacción débil; esa importante “fuerza” cuántica.
Los dos métodos más exitosos; casi que de sentido común; se basan en el conteo de los neutrones remanentes en un tiempo dado; y el otro en el conteo de los protones o los electrones emergentes en el mismo tiempo. Por muchos años, el uso de ambos métodos ha generado valores cuya desviación se ha venido disminuyendo; pero no se ha alcanzado la precisión requerida.
Entre los años 1960-70; predominaba un valor de 1015±30 seg.
Entre los 70 y los 80; 920±10 seg.; entre los años 80-90; 897±5 seg.; entre los 90 y 2000; 881±2 seg.; y en la actualidad, desde hace unos diez años, se ha medido un valor de 880,1 ± 1,1 seg. Si se tratara de un límite; parecería que éste tiende a 879 seg.
A este valor se llegó; empleando neutrones fríos “instantáneamente luminosos” generados en el Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). Estos neutrones nacientes permiten llevar a cabo nuevos tipos de mediciones de alta precisión.
La línea NOP (línea de Neutrones, Óptica de neutrones y Física) del J-PARC; consta esencialmente de tres ramas de haces de neutrones.
Rama de haz polarizado
Posee un doblador multicanal que proporciona neutrones polarizados “nacientes”. Los neutrones curvados son transportados por una guía recta de la cual se puede obtener una polarización del 99,8% para una energía de neutrones superior a 1,5 meV.
Esta rama del haz, es la que se utiliza actualmente para la medición en vuelo de la vida útil de los neutrones.
Rama de haz no polarizado
Consta de un doblador de cinco canales para curvar neutrones con un radio de curvatura de 100 m. Esta rama de haz se utiliza actualmente para Investigación y desarrollo de la óptica de transporte con enfoque temporal de neutrones ultrafríos (UCN); a ser usada proximamente.
Rama de haz de baja divergencia
Consta de dos super-espejos que desvían neutrones más lentos (1.2 × 103 ?m/s). Esta rama de haz se utiliza actualmente para la Investigación y desarrollo de un interferómetro multicapa de neutrones pulsados.
Lo cierto es que medir la vida media del neutrón, es sencillo siempre que se tengan confinados los neutrones; pero atrapar un neutrón libre es muy difícil y las trampas que por el momento se emplean, las cuales trabajan a temperaturas muy cercanas al cero absoluto y sólo pueden atrapar contados neutrones, presentan fugas de partículas difíciles de cuantificar.
Por otro lado; parece ser que las medidas usando haces de neutrones de baja energía podrían también estar presentando errores sistemáticos. Algunos laboratorios han reevaluado sus resultados luego de revisar y ajustar la teoría. Uno de ellos: A. Steyerl, tras revisar su técnica, obtuvo un nuevo valor de 882,5 ± 2,1 segundos que difiere bastante del valor de 887,6 ± 3 que mantuvo por varios años. El método mejorado se denomina “Ultracold neutron depolarization in magnetic bottles”
Si se busca comparar la media general de los valores para la vida media del neutrón obtenidos con experimentos de trampas ultrafrías, respecto de la media mundial para los experimentos con haces; se obtiene una diferencia de 3.3 desviaciones típicas.
Por el momento; el valor oficial del Particle Data Group es de 880,0 ± 0,9 segundos, ubicado no tan en la media de los valores de trampas frías y haces; los cuales son 879,3 ± 0,6 segundos, y 889,1 ± 2,9 segundos respectivamente. Con ese valor; el Particle Data Group se inclina por los resultados de las trampas ultrafrías.
Por lo mismo, también son importantes las otras magnitudes que dependen de él.
Qué haríamos si no se conociera con exactitud cuánto mide un segundo?
Si la luz recorre en un segundo una distancia tan grande; es obligatorio precisar también, con sumo rigor, la duración de los eventos significativos de la física; principalmente esos eventos que establecen patrones.
Pues bien; se conoce con mucha precisión el tiempo en el que todos los átomos radiactivos decaen a la mitad de su número; se conoce el tiempo de duración de la oscilación de una onda luminosa, pero no se conoce con precisión la vida media de un neutrón libre.La precisión de esa medición ha venido mejorando en el tiempo; pero si queremos evaluar fenómenos relacionados con la decadencia del neutrón, como la teoría sobre la formación de los primeros protones y átomos al inicio del tiempo, precisamente cuando todos los eventos eran de muy “corta duración”; se requiere entonces, contar con un valor único.
Prácticamente el éxito del llamado Modelo estándar depende de ello; entre otras cosas, porque el decaimiento del neutrón libre para producir un protón, es el caso más simple de aplicación de la interacción débil; esa importante “fuerza” cuántica.
Los dos métodos más exitosos; casi que de sentido común; se basan en el conteo de los neutrones remanentes en un tiempo dado; y el otro en el conteo de los protones o los electrones emergentes en el mismo tiempo. Por muchos años, el uso de ambos métodos ha generado valores cuya desviación se ha venido disminuyendo; pero no se ha alcanzado la precisión requerida.
Entre los años 1960-70; predominaba un valor de 1015±30 seg. Entre los 70 y los 80; 920±10 seg.; entre los años 80-90; 897±5 seg.; entre los 90 y 2000; 881±2 seg.; y en la actualidad, desde hace unos diez años, se ha medido un valor de 880,1 ± 1,1 seg. Si se tratara de un límite; parecería que éste tiende a 879 seg.
A este valor se llegó; empleando neutrones fríos “instantáneamente luminosos” generados en el Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). Estos neutrones nacientes permiten llevar a cabo nuevos tipos de mediciones de alta precisión.
La línea NOP (línea de Neutrones, Óptica de neutrones y Física) del J-PARC; consta esencialmente de tres ramas de haces de neutrones.
Rama de haz polarizado
Posee un doblador multicanal que proporciona neutrones polarizados “nacientes”. Los neutrones curvados son transportados por una guía recta de la cual se puede obtener una polarización del 99,8% para una energía de neutrones superior a 1,5 meV.
Esta rama del haz, es la que se utiliza actualmente para la medición en vuelo de la vida útil de los neutrones.
Rama de haz no polarizado
Consta de un doblador de cinco canales para curvar neutrones con un radio de curvatura de 100 m. Esta rama de haz se utiliza actualmente para Investigación y desarrollo de la óptica de transporte con enfoque temporal de neutrones ultrafríos (UCN); a ser usada proximamente.
Rama de haz de baja divergencia
Consta de dos super-espejos que desvían neutrones más lentos (1.2 × 103 ?m/s). Esta rama de haz se utiliza actualmente para la Investigación y desarrollo de un interferómetro multicapa de neutrones pulsados.
Lo cierto es que medir la vida media del neutrón, es sencillo siempre que se tengan confinados los neutrones; pero atrapar un neutrón libre es muy difícil y las trampas que por el momento se emplean, las cuales trabajan a temperaturas muy cercanas al cero absoluto y sólo pueden atrapar contados neutrones, presentan fugas de partículas difíciles de cuantificar.
Por otro lado; parece ser que las medidas usando haces de neutrones de baja energía podrían también estar presentando errores sistemáticos. Algunos laboratorios han reevaluado sus resultados luego de revisar y ajustar la teoría. Uno de ellos: A. Steyerl, tras revisar su técnica, obtuvo un nuevo valor de 882,5 ± 2,1 segundos que difiere bastante del valor de 887,6 ± 3 que mantuvo por varios años. El método mejorado se denomina “Ultracold neutron depolarization in magnetic bottles”
Si se busca comparar la media general de los valores para la vida media del neutrón obtenidos con experimentos de trampas ultrafrías, respecto de la media mundial para los experimentos con haces; se obtiene una diferencia de 3.3 desviaciones típicas.
Por el momento; el valor oficial del Particle Data Group es de 880,0 ± 0,9 segundos, ubicado no tan en la media de los valores de trampas frías y haces; los cuales son 879,3 ± 0,6 segundos, y 889,1 ± 2,9 segundos respectivamente. Con ese valor; el Particle Data Group se inclina por los resultados de las trampas ultrafrías.
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