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通常,稱為中子的亞原子粒子可以無限期存在-但前提是它們必須進入原子核的結構。但是,一旦它們離開原子核,中子的壽命就會急劇縮短。如果科學家們瞭解中子在系統外可以存在多長時間,這將使他們更接近解決一個最有趣的謎團-瞭解我們是如何由一次粒子的“湯”形成我們熟悉的宇宙的。

這一過程被稱為“大爆炸”核合成,很可能發生在這一重大事件發生後的10秒至20分鐘之間。但是,對於超精密物理而言,這是一個巨大的差距,很難解決。中子作為獨立粒子的壽命將幫助他們確定該間隙的上限-畢竟,如果沒有中子,組成宇宙的所有元素的原子核都不會形成。

自1990年代以來,在地球上,已使用兩種不同類別的實驗來測量中子壽命:瓶子和電子束。

在瓶裝方法中,科學家建立了一個陷阱-機械的,引力的,磁性的或兩者兼而有之-並測量內部中子衰變所需的時間。

在“射線”方法中,科學家發射一束中子,並計算由於這些粒子的衰變而形成的質子和電子。

這兩種方法都非常準確,但是存在很大的問題。瓶裝方法的平均衰減時間為879.5秒,即14分39秒,準確度為0.5秒。射線法顯示平均888秒,即14分48秒,誤差為2秒。

這兩個平均值之間的9秒差異聽起來可能並不多,但是當試圖縮小實際中子壽命時,它的確是巨大的。這就是拯救太空的地方。當不斷穿透外部空間的宇宙射線與行星表面或大氣層中的原子碰撞時,一些中子與原子分離並進入太空,直到它們最終衰減。從理論上講,在更高的高度應該有更少的中子-但是科學需要在正確的高度使用正確的儀器,以使測量儘可能準確。

在2011年至2015年之間,NASA的信使號航天器繞金星繞了兩次,水星繞了三圈。當它接近金星時,飛船上的中子能譜儀收集了以每秒幾公里的速度從行星逃逸的中子的資料。

在最小高度339公里處,“信使”接近這些中子在衰變之前可以傳播的最大距離。在經過水星的最低高度205公里的飛行過程中,也進行了類似的測量。

約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家傑克·威爾遜解釋說:“這就像一個典型的瓶子實驗,但是我們沒有使用壁和磁場,而是利用金星的引力將中子的壽命與其壽命相媲美。”描述新研究結果的文章的作者。

為了計算中子的壽命,研究小組對在給定的10到17分鐘的壽命範圍內,在金星上的某些高度上,船舶將探測到多少箇中子進行建模。根據該模型,中子壽命為780秒(13分鐘)是最好的。

但是,該結果也獲得了60秒的誤差,這意味著它仍然在瓶子和光束的測量範圍內。因此,中子壽命尚未完全確定。實際上,MESSENGER甚至沒有嘗試為這種計算收集資料。實驗在一組隨機資料上成功的事實令人印象深刻。

團隊方法的成功表明,透過專門的任務來嘗試改進測量是有意義的。為此,各個航天局正在考慮在金星附近掃描太空的探測器。該團隊還致力於建立一種可以進行更精確測量的儀器。

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