Publicado 12/06/2020 12:10CET

Primera medición espacial de la vida útil de los neutrones

Primera medición espacial de la vida útil de los neutrones
Primera medición espacial de la vida útil de los neutrones - NASA/JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LABO

   MADRID, 12 Jun. (EUROPA PRESS) -

   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.

   Los científicos de la Universidad de Durham y el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins utilizaron datos de la nave espacial MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry y Ranging) de la NASA para hacer su descubrimiento.

   Cuando MESSENGER voló sobre Venus y Mercurio, midió las velocidades a las que las partículas de neutrones se escapaban de los dos planetas.

   El número de neutrones detectados dependía del tiempo que les llevó volar hasta la nave espacial en relación con la vida útil de los neutrones, lo que les dio a los científicos una forma de calcular cuánto tiempo podrían sobrevivir las partículas subatómicas.

   Los hallazgos, publicados ahora en la revista Physical Review Research, podrían proporcionar una ruta para poner fin a un estancamiento de décadas que ha visto a los investigadores estar en desacuerdo, en cuestión de segundos, sobre cuánto tiempo pueden sobrevivir los neutrones.

   El doctor Vincent Eke, del Instituto de Cosmología Computacional de 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 las abundancias relativas de hidrógeno y helio formados en el Universo temprano, solo unos minutos después del Big Bang, por lo que tiene amplias implicaciones.

   "Los métodos basados en el espacio ofrecen la posibilidad de romper el estancamiento entre las dos técnicas de medición basadas en la Tierra".

   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 basados en el laboratorio, el llamado "método de botella" y la técnica de "haz", para tratar de determinar la vida útil de los neutrones.

   El método de la botella, que atrapa los neutrones en una botella y mide cuánto tiempo tarda en decaer su radioactividad, sugiere que pueden sobrevivir en promedio durante 14 minutos y 39 segundos.

   El uso de la técnica del haz alternativo, que dispara un haz de neutrones y cuenta el número de protones creados por la desintegración radiactiva, proporciona 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 y 39 segundos, cualquier desviación de esto provocaría un cambio fundamental en nuestra comprensión de este modelo.

   MESSENGER llevaba un espectrómetro de neutrones para detectar neutrones liberados en el espacio por rayos cósmicos que colisionan 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 recolectó mediciones de neutrones por primera vez.

   El doctor Jacob Kegerreis, del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, dijo en un comunicado: "Aunque MESSENGER fue diseñado para otros fines, aún pudimos usar los datos para estimar la vida útil de los neutrones. La nave espacial realizó observaciones en un amplio rango de alturas sobre las superficies de Venus y Mercurio, lo que nos permitió medir cómo cambia el flujo de neutrones con la distancia de los planetas ".

   Utilizando modelos, el equipo estimó que el número de neutrones que MESSENGER debería contar a su altitud sobre Venus para vidas de neutrones sería entre 10 y 17 minutos. Para las vidas más cortas, menos neutrones sobreviven lo suficiente como para alcanzar el detector de neutrones de la nave.

   Descubrieron que la vida útil del neutrón 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 cae cerca del rango de las estimaciones del método de "botella" y "haz".

   El autor principal, el doctor Jack Wilson, del Laboratorio de Física Aplicada de 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 por tiempos comparables a su vida".

   Como los errores sistemáticos en las mediciones basadas en 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 las mediciones existentes y en competencia.

   Los investigadores agregaron que mediciones más precisas requerirían una misión espacial dedicada, posiblemente a Venus, ya que su espesa atmósfera y sus grandes neutrones atrapan masa en todo el 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.