Mysterium består efter superpræcis måling af neutronens levetid

Der findes to principper til at måle neutronens levetid. I flaskemetoden (øverst) tæller man jævnligt antallet af neutroner i en flaske. I beam-metoden (nederst) tæller man antaller af neutroner, der omdannes til protoner. Illustration: MI Grafik

For et år siden bragte vi en større artikel om det store mysterium om levetiden for frie neutroner, hvor fysikerne står i den meget ubehagelige situation, at de har to forskellige målemetoder, som begge hævder at have en præcision på et par sekunder, men som afviger 8-9 sekunder fra hinanden.

Læs også: Neutronens levetid er fysikkens store måleproblem

Nu har en amerikansk forskergruppe – med lidt fransk og russisk assistance – lavet den hidtil mest præcise måling af neutronens levetid. Og det ændrer ikke på mysteriet.

Forskergruppen anført af Alexander Saunders fra Los Alamos National Laboratory rapporterer i Science, at de med flaskemetoden (se grafik for en forklaring) har fundet, at neutronenes levetid er 877,7 ± 0,7 (tilfældigt) +0,4/-0,2 (systematisk) sekunder.

Det mest imponerende ved målingen er de meget små tilfældige og systematiske usikkerheder, som det er lykkedes at opnå ved at indføre en række forbedringer i flaskemetoden.

Den nye måling bekræfter dermed, at målinger med flaskemetoden og beam-metoden giver meget forskellige resultater.

For fem år siden berettede andre forskere, at arbejdede på at forbedre præcisionen af beam-metoden til en nøjagtighed under et sekund. Der er endnu ikke kommet sådanne nøjagtige målinger.

Skulle forskellene mellem de to metoder vedblive at eksistere i nye forsøg, kan det være, at de ikke skyldes målefejl, men 'ny fysik' f.eks. i form af såkaldt spejlstof.

Illustration: MI Grafik
Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Uden at have læst artiklen i Science..., Så antager jeg at man har taget højde for at en neutron der bevæger sig hurtigt (som i en stråle) oplever tiden gå langsommere end en neutron der dovent dasker rundt i en flaske? Det har betydning for henfald.

Effekten er velkendt fra kosmiske partikler der rammer atmosfæren, hvor produkter fra kollisionen kan nå helt ned til jordoverfladen, selv om henfaldstiden burde være for kort.

  • 3
  • 4

Det er vel forventeligt, at beammetoden viser længere henfaldstid end flaskemetoden, for i beammetoden bevæger neutronerne sig, hvorved den tilsyneladende masse stiger - gængs fysik vil sige, at neutronernes tid går langsommere, og når den gør det, stiger henfaldstiden også - præcis som ved myoner, der bevæger sig med en hastighed nær lysets og derfor også lever meget længere end i hvile.

Hvis man kender neutronhastigheden i beammetoden og benytter de normale formler for relativistisk tidsændring, passer det sikkert, hvis man ikke allerede har taget højde for det (fremgår ikke af artiklen). Har man det, var det måske i stedet relativitetsteoriens formler, man burde kikke på, for de to målemetoder er måske den mest præcise måling af levetidsforlængelsen som funktion af hastigheden, som man hidtil har foretaget.

  • 2
  • 9

I direkte forbindelse med ovenstående, kan jeg varmt anbefale følgende: https://www.radio24syv.dk/programmer/24-sp...

Udsendelsen omhandler antistof - ikke spejlstof, som omtales i denne artikel. Antistof er naturligvis også interessant.

Jeg tror dog ikke meget på antistof - blandt andet påstås, at det har negativ energi og at tiden går omvendt. Det er naturligvis vås. Laver du et mekanisk ur eller et digital ur af antistof, går viseren naturligvis samme vej rundt. Og at det har negativ energi, er også noget vås. Hvis det havde negativ energi, så vil stof + antistof medfører at begge dele forsvandt. Det sker ikke. Begge dele omsættes til energi, altså stof og antistof ophæver hinanden, men energien forbliver, og det er den dobbelte energi. Energien er således positiv for antistof, og det samme gælder massen. Hvis massen var negativ for antistof, så vil antistof plus stof medfører at massen forsvandt - og det gør den jo ikke, da der er masse i form af den udsendte energi, der har eksakt samme masse, som antipartiklens positive masse, og partikelens positive masse samlet. Derfor, har antimasse også positiv tyngdekraft, da der ellers vil opstå tyngdekraft i anhilerings øjeblikket. Og så er vi tilbage ved essensen af det hele - stof og antistof er ikke hinandens modsætninger, da systemerne har elektromagnetismen til fælles. Vi vil kunne kommunikere med et univers af antistof ved hjælp af en radio, og vi vil opdage, at de ikke går baglands i tid.

  • 1
  • 8

Cirka som meget lette bordtennis bolde ville göre det. Det er lidt skummelt - at neutroner udviser billiard-kugle-fysik når de beväger sig ved meget lave hastigheder, under 7 m/s, i neutron flasken.

  • 0
  • 2

I gamle dage, da jeg havde min korte gang på elektrofysisk institut i 341 på DTU, med Korsbech og prof. Ølgaard in the house, så udførte jeg målinger i kælderen med en scintillationsdetektor af naturlig gammastråling. Jeg kan huske, at der i samme kælder længere nede af gangen stod en neutron-kilde, som var i brug en gang imellem. En dag havde jeg nogle mystiske udslag ved en særlig energi jeg ikke kunne forklare, og en af de andre fortalte mig så, at han havde set lignende udslag. De kom så fra "delayed neutrons" (nej, ikke den fra en fissionskerne), op til flere timer eller et døgn senere. Disse neutroner er åbenbart så, som jeg forstod, nogle mystiske fyre, der kan "gå gennem mure"! Nej, ikke sådan som tryllekunstnere, men at den oprindelige neutron, der udsendes, kan gå ind og skubbe en neutron ud i et materiale, den møder, og "sende" denne videre i en art neutronkæde-udskubning, og derfor kunne en enkelt eller flere neutroner på denne måde "eksistere som en skygge af sig selv" hen over en længere levetid end den fysisk set skulle kunne eksistere i sig selv. Måske har forskerne ved disse målinger i flaske ikke taget hensyn til disse/denne effekt, som jo så netop er afhængig af, at der er større sandsynlighed for neutron-glasmateriale-interaktion, end der er for denne effekt i et beam (måske i et luft/gastomt område).

  • 2
  • 0

Et hold af partikelfysikere, der ikke har hört om Einstein, er mere usandsynligt end at "dark matter" findes!

Rigtigt; men måske har de hørt lidt vel rigeligt til Einstein til at begynde at stille spørgsmålstegn ved hans udsagn?

Hvis man som i dette tilfælde har to ultra præcise målinger, som burde give samme resultat, når den ene måling korrigeres ud fra en given formel, men ikke gør det, er konklusionen vel ganske klar - korrektionsformlen er forkert!

Det eneste mysterium i dette her er, hvorfor fysikerne gang på gang bliver ved med at klamre sig til "den sande lære", selv om talrige eksperimenter og dilemmaer med al ønskelig tydelighed viser, at den umulig kan være sand.

  • 2
  • 6

Det eneste mysterium i dette her er, hvorfor fysikerne gang på gang bliver ved med at klamre sig til "den sande lære", selv om talrige eksperimenter og dilemmaer med al ønskelig tydelighed viser, at den umulig kan være sand.

I videnskaben findes der ikke noget der hedder absolut sandhed. Kun en relativ sandhed der hele tiden er under angreb og forandres i takt med ny teser og resultater. Det er en interessant og spændende proces, og den har ført til enestående resultater.

  • 2
  • 0

Jeg forstår ikke, hvorfor vi igen og igen - om dybt videnskabelige emner - skal læse jeg-ved-bedre kommentarer og forslag. Der kan være læsere, som beskæftiger sig lige med dette emne, og ved rigtigt meget, men det er vist ikke altid tilfældet.

Kunne vi ikke være seriøse, og nøjes med opklarende spørgsmål eller uddybning ?

  • 6
  • 4

@Louise Fazlagic: Du mener, at de forsvinder fra flasken på den måde?

Jeg tænker, at det kraftige elektriske felt i beam-metoden påvirker levetiden. Det kunne være det kraftige elektriske felt i en atomkerne, der holder neutroner sammen.

Ikke noget jeg har brugt noget videre tid på, bare en tanke der strejfede mig.

  • 0
  • 0

...for det vil jo give målinger med kortere levetid. Nej, i stedet vil interaktionen med atomerne i flasken give en statistisk set større (samlet) levetid for de neutroner, der "reflekteres" tilbage i i flasken, da disse jo så derved har forøget deres levetid en brøkdel.

Hvilken middelenergi har de målte neutroner, er de "termiske"? Når nu artiklen taler om, at neutronerne er ultrakolde, hvor tæt er bevægelsesenergien så på 0?

  • 3
  • 1

Hvilken middelenergi har de målte neutroner, er de "termiske"? Når nu artiklen taler om, at neutronerne er ultrakolde, hvor tæt er bevægelsesenergien så på 0?

Er neutronerne en termisk gas, så er temperaturen

T = (1/3) m v^2/kB,

hvor m er massen, v er rms-hastigheden og kB er Boltzmanns konstant.

Indsættes: v = 5 m/s (fra artiklen - "få" meter pr. sekund), m = 1,67E-27 kg (neutronens masse), kB = 1,38E-23 J/K.

Fås T = 0,0010 K

Nu er hastigheden på 5 m/s en statistisk hastighed, så få neutroner vil have en højere hastighed, så de (måske) kan slippe ud af flasken. Det vil resultere i en lavere målt middellevetid.

Men det har fysikerne givetvis taget højde for :-)

  • 0
  • 0

Kolde neutroner med lav hastighed vil have en større bølgelængde end neutroner med større hastighed. De kolde neutroner vil derfor have større sandsynlighed for at ramme en atomkerne og blive absorberet (og jo ofte med efterfølgende beta-henfald i atomkernen). Neutroner med større hastighed og større temperatur har en mindre bølgelængde og dermed større gentrængnings evne i materialer.

En anden pudsighed ved den fantastiske neutron er at brydningsindekset for flere materialer kan være mindre end 1 hvor det ofte for elektromagnetisk stråling er større end 1.

Med venlig hilsen Peter Vind Hansen

  • 0
  • 0

De kolde neutroner vil derfor have større sandsynlighed for at ramme en atomkerne og blive absorberet

Ikke enig. Tværtimod. Når den ultra kolde neutrons hastighedskomponent vinkelret på materialet er mindre end en kritisk hastighed, som kan beregnes ud fra materialets Fermi potentiale, vil neutronen ALTID reflekteres.

Ved refleksionen taber neutronen samtidig en brøkdel af sin kinetisk energi. Tabet bestemmes af en materialeafhængig tabskoefficient.

Eksempelvis er den kritiske hastighed 6,99 m/s og tabskoefficienten ca. 0,0005 for BeO (berylliumoxid) .

  • 0
  • 1

Neutroner består af 3 kvarker, som vekselvirker med gluoner gennem den stærke kernekraft.

Kernekraften øges med afstanden mellem kvarkerne (i modsætning til gravitation og elektromagnetisme), hvorfor de 3 kvarker i neutronen symbolsk er forbudet med en fjeder på illustrationer.

I dansk Wikipedia er de forbundet Y-formet, mens de i engelsk Wikipedia er forbundet deltaformet.

Allerede i 2002 fastslog en artikel med titlen Triangular and Y -shaped hadrons in QCD, at deltabeskrivelsen strider mod princippet om gauge-invarians.

Dansk Wikipedias symbolske beskrivelse er derfor den mest korrekte.

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten