Wetenschappers hebben voor het eerst een manier gevonden om de levensduur van neutronen vanuit de ruimte te meten - een ontdekking die ons meer zou kunnen leren over het vroege heelal.

Het kennen van de levensduur van neutronen is de sleutel tot het begrijpen van de vorming van elementen na de oerknal die 13,8 miljard jaar geleden het universum vormde.

Wetenschappers van de Universiteit van Durham, VK, en Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, VS, gebruikte gegevens van NASA's MErcury Surface, Ruimte Milieu, Geochemie, en Ranging (MESSENGER) ruimtevaartuigen om hun ontdekking te doen.

Terwijl MESSENGER over Venus en Mercurius vloog, mat hij de snelheid waarmee neutronendeeltjes uit de twee planeten lekten.

Het aantal gedetecteerde neutronen was afhankelijk van de tijd die ze nodig hadden om naar het ruimtevaartuig te vliegen in verhouding tot de levensduur van de neutronen. de wetenschappers een manier geven om te berekenen hoe lang de subatomaire deeltjes zouden kunnen overleven.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Fysiek beoordelingsonderzoek , zou een manier kunnen zijn om een ​​einde te maken aan een decennialange patstelling waarbij onderzoekers het binnen enkele seconden oneens waren over hoe lang neutronen in staat zijn te overleven.

Dr. Vincent Eke, in het Instituut voor Computational Kosmologie, aan de Durham-universiteit, zei:"De levensduur van vrije neutronen vormt een belangrijke test van het standaardmodel van deeltjesfysica, en het beïnvloedt ook de relatieve hoeveelheden waterstof en helium gevormd in het vroege heelal, slechts enkele minuten na de oerknal, dus het heeft verstrekkende gevolgen.

"Op de ruimte gebaseerde methoden bieden de mogelijkheid om de impasse tussen de twee concurrerende meettechnieken op aarde te doorbreken."

Neutronen worden normaal gesproken in de kern van een atoom aangetroffen, maar vallen buiten het atoom snel uiteen in elektronen en protonen.

Wetenschappers hebben eerder twee laboratoriumgebaseerde methoden gebruikt - de zogenaamde "flesmethode" en "straal" -techniek - om te proberen de levensduur van neutronen te bepalen.

De flesmethode - die neutronen in een fles opsluit en meet hoe lang het duurt voordat hun radioactiviteit vervalt - suggereert dat ze gemiddeld 14 minuten en 39 seconden kunnen overleven.

Met behulp van de alternatieve bundeltechniek - die een bundel neutronen afvuurt en het aantal protonen telt dat is gecreëerd door radioactief verval - geeft ongeveer 14 minuten en 48 seconden, negen seconden langer dan de flesmethode.

Hoewel dit een klein verschil lijkt, wetenschappers zeggen dat de kloof enorm kan zijn. Aangezien het standaardmodel van deeltjesfysica vereist dat de levensduur van de neutronen ongeveer 14 minuten en 39 seconden is, elke afwijking hiervan zou een fundamentele verandering teweegbrengen in ons begrip van dit model.

MESSENGER droeg een neutronenspectrometer om neutronen te detecteren die in de ruimte zijn losgelaten door kosmische straling die in botsing komt met atomen op het oppervlak van Mercurius als onderdeel van onderzoek om het bestaan ​​van water op de planeet vast te stellen.

Onderweg vloog het ruimtevaartuig eerst langs Venus, waar het voor het eerst neutronenmetingen verzamelde.

Dr. Jacob Kegerreis, in het Instituut voor Computational Kosmologie, aan de Durham-universiteit, zei:"Hoewel MESSENGER voor andere doeleinden is ontworpen, we konden de gegevens nog steeds gebruiken om de levensduur van de neutronen te schatten. Het ruimtevaartuig deed waarnemingen over een groot aantal hoogten boven de oppervlakken van Venus en Mercurius, waarmee we konden meten hoe de neutronenflux verandert met de afstand tot de planeten."

Met behulp van modellen, het team schatte dat het aantal neutronen dat MESSENGER op zijn hoogte boven Venus zou moeten tellen voor een neutronenlevensduur tussen 10 en 17 minuten zou zijn. Voor de kortere levensduur, minder neutronen overleven lang genoeg om de neutronendetector van MESSENGER te bereiken.

Ze vonden dat de levensduur van het neutron 13 minuten was, met een onzekerheid van ongeveer 130 seconden van statistische en andere onzekerheden, zoals of het aantal neutronen gedurende de dag verandert en onzekerheid over de chemische samenstelling van het oppervlak van Mercurius.

Hun geschatte levensduur van neutronen valt precies in de buurt van de schattingen van de "fles"- en "straal"-methode.

Hoofdauteur Dr. Jack Wilson, van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, zei:"Het is als een experiment met een grote fles, maar in plaats van muren en magnetische velden te gebruiken, we gebruiken de zwaartekracht van Venus om neutronen op te sluiten gedurende tijden die vergelijkbaar zijn met hun levensduur."

Aangezien systematische fouten in ruimtegebaseerde metingen geen verband houden met die in de fles- en straalmethoden, de onderzoekers zeiden dat hun nieuwe methode een manier zou kunnen zijn om de impasse tussen de bestaande, concurrerende metingen.

De onderzoekers voegden eraan toe dat nauwkeurigere metingen een speciale ruimtemissie vereisen, mogelijk naar Venus, als zijn dikke atmosfeer en grote massa neutronen rond de planeet vangen.

Ze hopen een instrument te ontwerpen en te bouwen dat met hun nieuwe techniek een zeer nauwkeurige meting van de neutronenlevensduur kan maken.