Измерения времени жизни нейтрона, выполненные разными методами, по-прежнему расходятся

Экспериментально измеренное время жизни нейтрона и его погрешности с течением времени

Рис. 1. Экспериментально измеренное время жизни нейтрона и его погрешности с течением времени. На этом графике показаны не результаты отдельных измерений, а усредненное «общепринятое» значение, которое коллектив Particle Data Group выдает раз в два года. Самый драматичный скачок — более чем на 5 сигма — произошел после 2010 года. Изображение с сайта pdg.lbl.gov

Группа исследователей из Американского национального института стандартов и технологий обновила свои результаты измерения времени жизни нейтрона в эксперименте с нейтронным пучком. Их значение стало еще сильнее отличаться от результатов, полученных в нейтронных ловушках. В чем причина этого расхождения — пока неясно.

Нестыкующиеся измерения

Экспериментальная физика занимается не только изучением каких-то сложных эффектов, но и аккуратным измерением простых и универсальных параметров. Эти параметры характеризуют то или иное свойство нашего мира, они могут встречаться в описании разных явлений, поэтому очень полезно их знать как можно точнее. Такие измерения, вследствие своей важности, часто проводятся несколькими группами исследователей и разными экспериментальными методами.

К сожалению, иногда возникает ситуация, когда измерения разных групп или измерения разными методами дают существенно отличающиеся результаты. Сразу же подчеркнем: речь идет не о расхождении теории с экспериментом, а о расхождении между разными результатами измерений. Для физика-экспериментатора такие ситуации — источник постоянной головной боли («где же я ошибся, что же я не углядел?»), для теоретика-оптимиста — повод поупражняться в придумывании новых физических явлений, которые могли бы тоже играть тут роль. Такие ситуации, конечно, происходят регулярно и являются частью естественного процесса экспериментального изучения нашего мира. Они могут оказаться очень полезными с точки зрении истории физики — по крайней мере после того, как физики наконец-то разберутся в источниках проблем. Но при взгляде изнутри ситуации, когда проблема еще не решена, они всё же неприятны: непонятно, что именно и где именно сбоит, непонятно, какому методу можно доверять, а какому — нет, да и внимание теоретиков иногда отвлекается от других задач.

Конечно, никто не требует, чтобы результаты измерений буквально совпадали друг с другом. Совершенно нормально, когда они различаются в рамках заявленных погрешностей измерений — на одну-две величины погрешности (на научном языке, на одну-две «сигмы»). Такое расхождение может произойти чисто случайно, и нет никаких оснований видеть тут серьезное отличие. Когда измеренные величины различаются на 3 сигмы — это уже повод для беспокойства, на 5 сигм — повод для очень серьезного беспокойства (см. подробности на страничке Что такое «сигма»?). И снова подчеркнем: это беспокойство относится не к самой величине, а к методам измерения, к (не)пониманию экспериментаторами своей установки либо метода измерения и обработки данных.

Особенно драматична ситуация, когда с течением времени погрешности каждого отдельного эксперимента уменьшаются, но различие между ними остается. В этом случае расхождение между ними, выраженное в единицах сигма, растет со временем.

Есть несколько примеров такой ситуации в современной физике. Видимо, самая впечатляющая — это гравитационная постоянная, где нестыковка между четырьмя точными измерениями уже превышает 10 сигм; см. подробности в новости Новые измерения гравитационной постоянной еще сильнее запутывают ситуацию, «Элементы», 13.09.2013. Другой пример — недавние измерения новым методом зарядового радиуса протона с результатом, отличающимся от общепринятого значения на 7 сигм. Еще одна «проблемная величина» — это время жизни нейтрона, где бурные изменения произошли в последние несколько лет. И вот сейчас, когда казалось уже, что ситуация успокоилась, в журнале Physical Review Letters вышла статья, подливающая масла в огонь.

Время жизни нейтрона: предыстория

Нейтрон — самая долгоживущая из нестабильных элементарных частиц. В свободном состоянии он живет очень долго, почти 15 минут, и распадается за счет слабого взаимодействия на протон, электрон и антинейтрино. Внутри ядра он может стать как совершенно стабильным, так и очень нестабильным; эти ядерные эффекты мы здесь не обсуждаем. Еще подчеркнем, что речь тут идет о времени жизни в системе отсчета самой частицы; если частица движется с околосветовой скоростью, ее время жизни может сильно увеличиться (см. по этому поводу задачу про время жизни фотона). Время жизни нейтрона — величина, очень важная как для физики частиц и атомного ядра, так и для астрофизики. Неудивительно, что его принялись измерять почти сразу после того, как экспериментаторы научились получать и регистрировать свободные нейтроны, ну и, конечно, отвлеклись от задач, связанных с военными применениями — всё же происходило это в 40-е годы.

Поначалу все эксперименты делались только с нейтронами, вылетающими из реактора. Из-за того что нейтроны живут долго, а летят из реактора быстро, измерить их уменьшение с течением времени нереально. Зато можно убедиться, что нейтроны распадаются, поскольку датчики, установленные поодаль от реактора, регистрировали иногда приходящие почти одновременно протоны и электроны. Если знать нейтронный поток, измерить частоту таких срабатываний и разобраться с угловыми характеристиками, то можно оценить и время жизни нейтрона. Первые оценки 1950 года давали время жизни от 13 до 40 минут; год спустя было было опубликовано первое настоящее измерение с результатом 1110 ± 220 с.

В течение последующих трех десятилетий измерения становились всё более и более точными (см. рис. 1) и постепенно сошлись на значении около 900 секунд с погрешностью 1–2%. В схему эксперимента было внедрено много усовершенствований, но общий подход оставался неизменным: измерялось не уменьшение количества нейтронов со временем, а радиоактивность пролетающего мимо нейтронного пучка. Такой метод так и называется — пучковый.

Последнее обновление датировалось 2005 годом. Исследователи из Американского национального института стандартов и технологий (NIST) провели измерения времени жизни нейтрона в пучковом эксперименте, схема которого показана на рис. 2. Нейтронный пучок идет сквозь установку справа налево. Пока пучок летит через магнитную ловушку для протонов, некоторые нейтроны успевают распасться на лету. В закрытом состоянии ловушка удерживает все протоны, получившиеся от этих распадов. После стадии накопления ловушку открывают, и она выпускает накопленные протоны, которые следуют за линиями магнитного поля и попадают в протонный детектор (этот этап и показан на рис. 2). Так удается сосчитать количество актов распадов за время набора статистики. Поток нейтронов измеряется отдельно, путем поглощения нейтронов в мишени и регистрации продуктов инициированных ими распадов. Измерения дали результат 886,3 ± 1,2 ± 3,2 с (здесь два последних числа обозначают статистическую и систематическую погрешности).

Схема пучкового эксперимента по измерению времени жизни нейтрона

Рис. 2. Схема пучкового эксперимента по измерению времени жизни нейтрона, выполненного в Национальном институте стандартов и технологий в США. Как старое, так и новое измерение этой группы существенно расходятся с нынешним «общепринятым» значением, которое было получено совсем по другой методике. В чем источник этого расхождения — пока не ясно. Изображение из статьи J. S. Nico et al., 2004. Measurement of the Neutron Lifetime by Counting Trapped Protons in a Cold Neutron Beam

В 70-х годах стал доступен новый метод изучения свойств нейтронов — физики научились получать и долго удерживать в ловушках ультрахолодные нейтроны. Ультрахолодными называют нейтроны с энергиями меньше 100 нэВ (наноэлектровольт). Нейтроны с такой энергией движутся со скоростью всего лишь несколько метров в секунду, им тяжело даже подняться вверх против силы тяжести. Обзор физических исследований с ультрахолодными нейтронами см. в статье: В. К. Игнатович, 1996. Ультрахолодные нейтроны — открытие и исследование. Самое важное свойство таких нейтронов — они практически полностью отражаются от стенок вакуумной камеры; получается, такие нейтроны можно просто держать «в бутылке». Конечно, всегда есть какие-то потери, но если время удержания достаточно велико и потери известны, то можно просто запереть нейтроны внутри, подождать какое-то время, а потом измерить количество выживших нейтронов и вычислить отсюда время их жизни. Ну а если совсем не хочется разбираться с потерями из-за контактов со стенками, то нейтроны можно поместить в магнитную ловушку. Правда, тогда придется разбираться с другими источниками погрешностей.

Эксперименты по измерению времени жизни нейтрона таким методом начались в 80-х годах, причем существенную роль в них играли советские физики. Поначалу точность измерения была невелика, но постепенно улучшалась, и уже в 1986 году был получен результат 903 ± 13 с. Затем на первый план вышли французские исследователи: с помощью своей установки MAMBO в Институте Лауэ–Ланжевена в Гренобле они существенно улучшили точность и в 1989 году опубликовали результат 887,6 ± 3 с. В дальнейшем, благодаря усовершенствованиям установки, погрешность удалось уменьшить, и в 2000 году было получено 885,4 ± 0,9 ± 0,4 с. Это стало первым измерением времени жизни нейтрона с общей погрешностью меньше 1 секунды.

Таким образом, в середине 2000-х годов в задаче измерения времени жизни нейтрона вырисовывалась спокойная ситуация. Два основных метода и несколько независимых друг от друга измерений давали примерно одинаковый результат: 885–886 секунд (см. рис. 3). В выпусках обзоров от коллектива Particle Data Group, который занимается обработкой всех поступающих данных по свойствам элементарных частиц, вплоть до 2010 года фигурировало усредненное значение 885,7 ± 0,8 с (полоска на рис. 3).

Результаты измерения времени жизни нейтрона с 1988 по 2005 год

Рис. 3. Результаты измерения времени жизни нейтрона с 1988 по 2005 год. Красные квадраты отвечают пучковому методу, кружочки — измерениям в ловушках. Изображение из материалов лекции Джеффа Нико (Jeff Nico) “Neutron Lifetime Experiments” (PDF, 36 Мб), прочитанной в 2006 году на Летней школе по фундаментальной нейтронной физике

«Революция» 2005 года

В конце 80-х годов новая установка (гравитационная ловушка Gravitrap) по измерению времени жизни нейтрона была создана и в России совместными усилиями физиков из Петербургского института ядерной физики в Гатчине и ОИЯИ в Дубне. Поначалу она работала в ПИЯФе на реакторе ВВР-М, однако потоки нейтронов там были недостаточные, и ее было решено перевезти в Гренобль, в Институт Лауэ–Ланжевена. В 2004 году там было выполнено новое измерение времени жизни нейтрона, которое дало очень точное, но неожиданно маленькое значение — 878,5 ± 0,7 ± 0,3 с. Это значение более чем на 6 сигм отличалось от «общепринятого» на тот момент; оно обведено в кружочек на рис. 3. Подробный рассказ об этом эксперименте см. в статье: А. П. Серебров, 2005. Измерение времени жизни нейтрона с использованием гравитационных ловушек ультрахолодных нейтронов.

Несколько лет ситуация оставалась подвешенной. Авторы «революционного» измерения не ограничились предъявлением только своих результатов, но и тщательно рассмотрели методики, использованные в других ловушечных экспериментах, и указали на возможные источники неточностей и систематического смещения результатов. В своей статье 2010 года два ключевых автора провели общий анализ всех имевшихся на тот момент данных и предложили снизить официально среднее значение практически до своего результата. Коллектив Particle Data Group, который занимается такими усреднениями, в этой ситуации воздержался от суждений. В его отчете за 2010 год осталось старое общепринятое число, но оно сопровождалось такой припиской:

Новый результат Серебров и др. (2005) настолько сильно отличается от остальных, что нет смысла пытаться включать его в общее усреднение. Разобраться с этой ситуацией должны эксперты, а до тех пор наше усредненное значение 885,7 ± 0,8 с следует воспринимать с долей скептицизма.

Авторы предыдущих измерений прислушались к критике группы Сереброва, провели новый анализ погрешностей и действительно вынуждены были пересмотреть свои результаты. В их новых публикациях уже фигурируют числа от 880 до 882 секунд. При этом авторы работы 2000 года — той самой, в которой впервые была достигнута общая погрешность меньше 1 секунды, — были вынуждены в 2012 году эту погрешность резко увеличить. Можно сказать, что группа Сереброва в этом вопросе одержала полную и безоговорочную победу. Она не только в одиночку «переборола» несколько результатов других групп, но и способствовала нахождению у них ошибок. В настоящее время это измерение 2005 года является единственным с полной погрешностью меньше 1 секунды.

Завершающим аккордом стал пересмотр общепринятого значения от Particle Data Group в отчете 2012 года. Нынешнее значение равно 880,0 ± 0,9 с. Это редкий случай, когда PDG пересматривает значение какой-то величины, резко и сильно смещая его практически без изменения погрешности.

Текущая ситуация

Можно ли сказать, что ситуация сейчас полностью разрешена? Пока нет. Некоторый консенсус сейчас достигнут между несколькими экспериментами, использующими, по сути, один и тот же инструмент — материальную ловушку нейтронов. Как показала история развития ситуации, в этом методе есть много подводных камней, и никто пока не может гарантировать, что все они обнаружены. Для примера скажем, что в 2009 году вышла статья с указанием на еще один возможный источник погрешности, связанный с диффузным рассеянием нейтронов на шероховатой поверхности ловушки, однако группа Сереброва на эту критику оперативно отреагировала. Впрочем, в последней версии статьи появилась реакция и на этот ответ. Так или иначе, обсуждения продолжаются. А поэтому для большей уверенности, что всё под контролем, желательно убедиться, что такое же значение времени жизни получается в магнитных ловушках, а также в пучковых экспериментах.

С магнитными ловушками ситуация пока не вполне ясна. С одной стороны, еще в 2007 году было получено значение, близкое к нынешнему «официальному», но результаты там, строго говоря, остаются предварительными. Месяц назад в архиве е-принтов появилась статья D. J. Salvat et al. Storage of ultracold neutrons in the UCNτ magneto-gravitational trap, в которой описывается первое измерение времени жизни нейтрона в новой магнитно-гравитационной ловушке, построенной в Лос-Аламосской национальной лаборатории в США. Первое измерение на очень низкой статистике дало значение 860 ± 19 с, то есть точность тут пока слишком низка для каких-то существенных выводов. Авторы вскоре увеличат статистку и тем самым намереваются достичь точности аж в 0,1 секунды. Существуют и другие нейтронные ловушки, на которых исследователи попробуют добиться сравнимой точности.

Что касается пучковых экспериментов, то здесь расхождение остается невыясненным. На днях в журнале Physical Review Letters вышла статья с улучшенной версией пучкового эксперимента, проводимого в NIST. Новый эксперимент проводился по технологии, описанной в публикации 2005 года (см. рис. 2), только сейчас была усовершенствована методика измерения нейтронного потока, что позволило уменьшить погрешность. Улучшенный результат составляет 887,7 ± 1,2 ± 1,9 с. Он согласуется со старым значением той же группы и существенно расходится с последними ловушечными результатами.

Различие тут пока не столь драматическое, всего 3,8 сигмы, но — как показала вся эта история — отбрасывать его ни в коем случае не следует. Оно является указанием на то, что какой-то из методов принимает во внимание не все тонкости, но какой — пока не ясно. Конечно, в идеале хотелось бы получить аналогичное пучковое измерение и другой, независимой от NIST группы. К сожалению, в последние годы упор в этом вопросе смещается всё больше и больше к ловушечным экспериментам с нейтронами. Так или иначе, ситуация пока требует разъяснения.

Источник: A. T. Yue et al. Improved Determination of the Neutron Lifetime // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 111. P. 222501; статья свободно доступна как е-принт arXiv:1309.2623.

См. также:
1) Сводка экспериментальных результатов по времени жизни нейтрона на сайте Particle Data Group.
2) F. E. Wietfeldt, G. L. Greene. Colloquium: The neutron lifetime // Rev. Mod. Phys. 2011. V. 83. P. 1173.
3) А. П. Серебров. Измерение времени жизни нейтрона с использованием гравитационных ловушек ультрахолодных нейтронов // УФН. 2005. Т. 175. Стр. 905.
4) Материалы двухдневной конференции Next Generation Experiments to Measure the Neutron Lifetime, прошедшей в ноябре 2012 года и посвященной экспериментам нового поколения по измерению времени жизни нейтрона.

Игорь Иванов


37
Показать комментарии (37)
Свернуть комментарии (37)

  • Икарыч  | 03.12.2013 | 12:55 Ответить
    А что насчет времени жизни нейтрона говорит теория? Разве нельзя, опираясь на Стандартную Модель, его просто вычислить с нужной точностью?
    Ответить
    • Игорь Иванов > Икарыч | 03.12.2013 | 15:44 Ответить
      Этот процесс идет за счет слабого взаимодействия, и значит, он зависит от параметров этого взаимодействия (в особенности от элементов матрицы кваркового смешивания и соотношения силы векторных и аксиальных токов), ну и еще от тонкостей структуры адронов, поскольку протон и нейтрон составные частицы. Теория может вычислить связь между этими параметрами и временем жизни, но если параметры известны плохо, то она не сможет сделать точное предсказание времени жизни.

      На самом деле, тут поступают как раз наоборот: измеренное время жизни нейтрона через эту теоретическую связь используется для измерения параметров слабого взаимодействия. В частности, это время — один из самых точных источников информации о кварковом смешивании между u и d кварками.
      Ответить
      • Икарыч > Игорь Иванов | 03.12.2013 | 17:03 Ответить
        На самом деле, тут поступают как раз наоборот:

        Неожиданно. Бета-распад наблюдается в том числе в ядрах с гораздо большим временем жизни (тритий и другие). Там происходят ровно те же процессы, а значит всякие смешивания тоже можно вычислить, и к тому ж точнее. А потом пересчитать на нейтрон. Тоже с высокой точностью. Казалось бы.
        Ответить
        • Игорь Иванов > Икарыч | 03.12.2013 | 20:59 Ответить
          В ядерных бета-распадах играют роль многочисленные ядерные эффекты, которые в большинстве случаев вычисляются/известны плохо и портят всю малину. Есть один класс распадов (сверхразрешенные бета-распады), где эти эффекты слабы и известны более-менее хорошо; оттуда тоже можно извлечь элемент матрицы кваркового смешивания. Но для нейтрона нужно также хорошо знать соотношение между векторным и аксиальным током, а это дополнительная информация.
          Ответить
  • kovach  | 03.12.2013 | 19:53 Ответить
    а как эти изменения влияют на прикладные применения, например на атомную энергетику?
    Ответить
    • Игорь Иванов > kovach | 03.12.2013 | 21:03 Ответить
      Напрямую — никак.
      Ответить
  • olegov  | 03.12.2013 | 21:08 Ответить
    А какое время жизни имелось ввиду? Период полураспада? Если период то о распаде 1 нейтрона говорить бессмысленно.
    Ответить
    • Игорь Иванов > olegov | 03.12.2013 | 21:22 Ответить
      Время жизни, т.е. время, за которое вероятность не распасться уменьшается в e раз. Подробности, связь с периодом полураспада, интерпретация для одной частицы или набора частиц см., например, в википедии или вот тут http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/006.htm .
      Ответить
      • olegov > Игорь Иванов | 04.12.2013 | 21:01 Ответить
        Спасибо, мне как химику привычнее все таки полураспадом пользоваться, когда мы работали на кафедре радиохимии, считалось что нейтрон это газ с периодом полураспада около 10 минут.
        Ответить
        • Игорь Иванов > olegov | 04.12.2013 | 23:23 Ответить
          Да, период полураспада примерно столько и есть.
          Ответить
  • samara  | 04.12.2013 | 03:33 Ответить
    Ну какая то из методик не совершенна, чего-то не учли..
    Ждём третий метод.
    ох, щас теоретиков набежит)
    Ответить
    • samara > samara | 04.12.2013 | 18:29 Ответить
      почитал обзор "Измерение времени жизни нейтрона с использованием грав. ловушек УХН"
      всётаки первый способ помоему намного проще и нагляднее чем второй.. меньше шансов перемудрить себя..
      (там у них проблеммы были с рассеянием нейтронов на стенках внутренней камеры, иследовались рассеяния на дефектах вещества, разных покрытиях типа масла фомбилин, прохождение сквозь берилиевые покрытия и проч..)
      незнаю, если смотреть вглядом со стороны - как то не убедительно, пусть всё перепроверено по сто раз.
      Ответить
      • Игорь Иванов > samara | 04.12.2013 | 23:31 Ответить
        Ну да, технических тонкостей там много, вплоть до того, чем смазывать стенки :) Поэтому есть и магнитные ловушки. В пучковом методе тоже много сложностей, там же вы сравниваете друг с другом две разные величины (кол-во нейтронов и кол-во протонов), которые измеряются разными методами на разных установках, да еще и извлекаются из них искомые величины не напрямую, а косвенно. А в ловушках по крайней мере мы измеряете одно и то же одним и тем же методом, и вам нужно знать не абсолютную величину, а уменьшение со временем. Какие-то систематические погрешности от самой установки при этом сокращаются. А большинство технических тонкостей — это не для того, чтобы измерить поточнее, а для того, чтобы правильно сосчитать все побочные механизмы выбывания нейтронов, не связанные с распадом. В общем, и там, и там есть и плюсы и минусы.
        Ответить
  • dims  | 04.12.2013 | 05:47 Ответить
    Насколько допустимо, что экспериментальное воздействие объективно изменяет вероятность распада?

    Допустим, может магнитное поле каким-то образом препятствовать выходу протонов, задерживать их появление и слегка увеличивать время жизни?

    Существует ли вообще в природе такое явление, как макроскопическое воздействие на процесс распада элементарных частиц? В каких-то других случаях что-то подобное происходит?

    Не может ли тут каким-то образом работать квантовый эффект Зенона?

    P.S. Да, и можно ли как-то наглядно объяснить, каким образом задерживает распад нейтрона атомное ядро?
    Ответить
    • Игорь Иванов > dims | 04.12.2013 | 07:08 Ответить
      Эффекта Зенона тут нет, а вот на все остальные вопросы можно ответить одним махом: вероятность распада зависит не только от того, какая была исходная частица и в каком состоянии она находилась, но и от того, в каком состоянии будут находиться продукты ее распада.

      Например, нейтрон в стабильном ядре стабилен, потому что если бы он распался, то новый протон вынужден был бы занимать слишком высокий уровень энергии, выше чем разница масс нейтрона и протона с электроном. Поэтому распад не идет тупо из-за сохранения энергии.

      Аналогично, если вы с помощью полей создадите такое сильную потенциальную яму, в которой протон вынужден будет занимать состояние со слишком большой энергией, распад тоже можно будет предотвратить. Только для распада нейтрона это сделать нереально. Зато можно делать для других распадов, изменяя электронную плотность вблизи ядра, см. пример в блоге: http://igorivanov.blogspot.com/2007/06/blog-post_21.html

      Еще можно подавлять или ускорять распад возбужденного состояния атомов, см. описание в новости про прошлогодную нобелевскую по физике http://elementy.ru/news/431910 , текст вокруг рис. 4.
      Ответить
      • iziekile > Игорь Иванов | 04.12.2013 | 16:50 Ответить
        >> вероятность распада зависит не только от того, какая была исходная частица и в каком состоянии она находилась, но и от того, в каком состоянии будут находиться продукты ее распада.

        не может настоящее зависеть от будущего состояния, это нарушение принципа причинности

        эти околоквантовые заморочки (которыми можно объяснить любую глупость) - от непонимания сути явления
        Ответить
        • Игорь Иванов > iziekile | 04.12.2013 | 17:26 Ответить
          Вам было недостаточно последнего предупреждения, хотите бан?
          Ответить
      • dims > Игорь Иванов | 04.12.2013 | 19:08 Ответить
        А почему нереально для нейтрона?

        Допустим (только допустим), всё-таки, что каким-то образом, магнитная установка задерживает распад нейтрона на одну секунду (это 0.1%).

        Правильно ли я понимаю, что исходя из симметрии, эта же установка должна провоцировать и обратный бета-распад, то есть, поглощение протонами электронов и их превращение в нейтроны?

        Причём, интенсивность этого процесса должна быть как раз такой, чтобы объяснить лишнее время жизни.

        Насколько мне кажется, 0.1% хоть и мало, но не пренебрежимо. То есть, померять можно.

        Бред?
        Ответить
        • Игорь Иванов > dims | 04.12.2013 | 23:46 Ответить
          Вероятность слабого распада зависит, среди прочего, от энерговыделения. Чем больше энерговыделение, тем больше доступный фазовый объем для конечных частиц. Для трехчастичного бета-распада вероятность зависит как пятая степень энерговыделения. Итак, если мы хотим увеличить время жизни на 0,1%, нам достаточно изменить энерговыделение на 0,02%, т.е. на примерно на 200 эВ. Получается нужно создать такой внешний потенциал, чтобы конечные протон и электрон находились в не свободном состоянии, а при энергии на 200 эВ больше. Честно говоря, я не очень представляю, как это сделать. Просто наложить сильное внешнее постоянное электрическое поле — не поможет, да и не достаточно сильное оно. Может быть посветить мощным лазерным импульсом и ускорить распад? Ну, не знаю, не знаю. Могу только представить себе распад внутри какой-нибудь микрополости, которая действует на электрон как резонатор, но тогда размеры полости должны быть меньше размера атома. Если бы речь шла о единицах эВ, то еще можно представить...

          > Правильно ли я понимаю, что исходя из симметрии, эта же установка должна провоцировать и обратный бета-распад, то есть, поглощение протонами электронов и их превращение в нейтроны?

          Хм, скажем так: замедление распада идет вовсе не за счет появление обратного процесса. Обратный процесс, конечно, возможен всегда — если вы столкнете достаточно энергетичный электрон с протоном. Но это никак не связано с возможным изменением прямого распада, это уже другой процесс.
          Ответить
          • Minbadar > Игорь Иванов | 05.12.2013 | 21:26 Ответить
            >Если бы речь шла о единицах эВ, то еще можно представить...

            Достаточно поместить частицу в очень плотную полностью ионизованную плазму (например лазерную). Там кэВные температуры, микрополя до 10^6...10^7 В/см. Если такие условия сделают время жизни частицы меньше времени разлета плазмы - она распадется.
            Ответить
            • Игорь Иванов > Minbadar | 05.12.2013 | 21:47 Ответить
              И при этом надо сделать так, что за все время жизни нейтрон ни разу не столкнулся ни с каким ядром — иначе это будет уже не врамя жизни свободного нейтрона, а просто какая-то ядерная реакция. Я не могут себе представить, как это можно было бы обеспечить.
              Ответить
              • Minbadar > Игорь Иванов | 05.12.2013 | 22:53 Ответить
                Ну почему. Сечения рассеяния нейтрона на ядрах - это барны, пусть даже 100-1000 барн в резонансах. Следовательно длина пробега до первого столкновения - минимум миллиметры. Если размер облака плазмы будет меньше этого, нейтрон ни с чем не провзаимодействует.
                Ответить
                • Игорь Иванов > Minbadar | 05.12.2013 | 23:10 Ответить
                  Мне что-то предлагаемые числа непонятны. Либо мы надеется уменьшить время жизни на 0,1% (и тогда нужны поля хотя бы 100 эВ на адронном масштабе, т.е. поле 10^13 В/см), но при этом вынуждены ждать долго, 15 минут, и за это время обеспечить отсутствие ядерных стоклновений. Либо бы хотим распасть нейтрон очень быстро, пока этот миллиметр никто не пробежал, ни он, ни ядра, т.е. убыстрить распад на порядки. Но тогда и поле должно быть десятки МэВ на адронный размер, т.е. еще на 5 порядво больше.
                  Ответить
  • PavelS  | 05.12.2013 | 03:38 Ответить
    Позволю себе небольшой оффтоп. Мне любопытно время жизни отрицательных мюонов в тяжелых ядрах. Я ожидаю что оно должно быть больше по причине очень глубокой потенциальной ямы, а вот насколько? Далеко ли там до полной стабильности?
    Ответить
    • Игорь Иванов > PavelS | 07.12.2013 | 21:32 Ответить
      Потенциальная яма — это только один эффект. Есть и противоположный — аналогичная потенциальная яма для конечного электрона. Первый эффект должен замедлять распад, второй — ускорять, и если я правильно понимаю, в первом порядке они даже компенсируются, см. например hep-ph/0403071. Кроме того, есть и просто захват мюона ядром: mu p -> n nu. Так что если говорить именно о времени жизни связанного мюона, а не о его конкретном канале распада, то оно уменьшается. Вот например было недавно измерено время жизни мюона на алюминии-27, оно оказалось 0,865 мкс, т.е. в три раза ускорилось по сравнению со свободным мюоном (http://arxiv.org/abs/0908.4270). Если смотреть именно на стандартный канал распада мюона (это называется «decay in orbit», DIO), то вроде как он все-таки должен замедлиться, но этот эффект слабый, 1+(Z alpha)^2/2. Прямых данных я не нашел.
      Ответить
  • bul-kathos  | 05.12.2013 | 10:27 Ответить
    Анализируя график представленный на рис.1 можно заметить уменьшение времени жизни нейтрона с течением лет, что хорошо согласуется с нашим личным опытом - чем дольше живешь - тем меньше времени остается прожить.
    Ответить
    • iziekile > bul-kathos | 05.12.2013 | 22:34 Ответить
      Да, там, где не хватает знаний, всегда появляются "запутанные теории и кротовые дыры"!
      Ответить
  • Lagrange  | 06.12.2013 | 15:40 Ответить
    А никому не приходило в голову, что время жизни нейтрона может на самом деле колебаться?
    Ответить
    • iziekile > Lagrange | 06.12.2013 | 17:47 Ответить
      что значит "может колебаться"? во времени? в пространстве? с каким периодом? с какой амплитудой? и колебаться ли (по синусоиде?), или изменяться по какому-то иному закону?
      Ответить
    • Игорь Иванов > Lagrange | 07.12.2013 | 21:42 Ответить
      Могу только порекомендовать прочитать
      (1) правила модерации: http://igorivanov.blogspot.com/p/elementy-comments.html
      (2) короткий пост для пояснения мысли http://igorivanov.blogspot.com/2006/11/blog-post_19.html
      (3) бурные обсуждения в комментах к недавней новости про измерения гравитационной постоянной, http://elementy.ru/news?discuss=432079 , в которой тоже несколько человек ринулись выдвигать смелые гипотезы, что это, мол, не в экспериментальной погрешности дело, в просто измеряемая величина меняется во времени или в пространстве.

      Моя общая рекомендация: примите, пожалуйста, как факт, что если вам пришла в голову «оригинальная мысль» и вы всерьез подозреваете, что поколения ученых, давно занимающиеся этой темой, эту светлую мысль упустили из виду — это автоматически означает, что вы чего-то существенного не понимаете в этой области. Это, конечно, несколько обидная для вас мысль, но только так вы можете рассчитывать на серьезное общение. Я не утверждают, что все ученые во всем всегда правы, но для того, чтобы увидеть _настоящий_ прокол в их рассуждениях, надо насколько хорошо знать тему, что вы сами станете «одним из них», и описанные выше шальные мысли к вам уже в голову не придут.
      Ответить
      • Lagrange > Игорь Иванов | 09.12.2013 | 01:22 Ответить
        Игорь, я не подозреваю ни в чём поколения учёных, давно занимавшихся "этой и другими темами", а вот некоторые современные учёные порой не подозревают (!), что наука на них не заканчивается, что "этой и другими темами" будут заниматься через тысячу, сто тысяч, миллионы лет, а многие современные представления, кажущиеся истиной в последней инстанции, будут считаться наивными. Примите это как частную рекомендацию.
        Ответить
  • aleksha  | 07.12.2013 | 14:38 Ответить
    Работы в ПИЯФе были выполнены на реакторе ВВР-М.
    К сожалению, реактор ПИК еще не введен в эксплуатацию.
    Ответить
    • Игорь Иванов > aleksha | 07.12.2013 | 21:50 Ответить
      Да, действительно, спасибо. ПИК был запущен только совсем недавно.
      Ответить
      • aleksha > Игорь Иванов | 08.12.2013 | 15:17 Ответить
        Давайте скажем мягко, до начала реальных исследований на реакторе ПИК по самым оптимистичным оценкам еще лет пять.
        Ответить
  • doctorprof  | 25.01.2014 | 14:03 Ответить
    Проблема аномальных потерь УХН загадочна и имеет яркую историю, в этой истории показателен также и фактор научного образования участников. Дело в том, что этой проблемой в первую очередь занимаются физики-экспериментаторы, которые, несмотря на многие выдающиеся заслуги, имеют зачастую весьма специфическое представление о квантовой механике. Примером является цитированная статья А.П. Сереброва в УФН 175, 905 (2005) с обзором измерения времени жизни в гравитационных ловушках. Интересная экспериментальная работа сопровождается совершенно несостоятельным (на уровне 3 курс квантовая механика ) утверждением об аномально большом подбарьерном рассеянии (формула 5.6 статьи). Речь идет о банальной студенческой ошибке, а не о "высокой" науке. Никто не застрахован от "ляпов", и, возможно,слабое знание основ квантовой теории не мешает экспериментаторам получать красивые результаты, но налицо явный дефицит
    теоретиков (хотя бы уверенно владеющих основами квантовой теории рассеяния) в этой яркой и живой области физики.
    Ответить
    • Игорь Иванов > doctorprof | 26.01.2014 | 11:52 Ответить
      Да, любопытно. Посмотрел сейчас еще коммент Барабанова-Протасова 2005 года. А сам Серебров сейчас признает, что накосячил?
      Ответить
      • doctorprof > Игорь Иванов | 26.01.2014 | 14:13 Ответить
        Про опубликованный Erratum я не слышал ничего- это в официальном плане. Думаю, что после вышеупомянутых комментов он таки понял, что предложенный им "механизм потерь" не работает. Проблема потерь УХН красивая, но явно отягощена "человеческим фактором": небольшое число участников-экспериментаторов, специфический научный опыт, и, разумеется, гордыня + межличностные проблемы.
        Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»