美国宇航局的信使号任务对中子寿命进行天基测量

2022-02-27 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:94 /
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利用2007年和2008年美国宇航局信使号飞船飞越金星和水星期间获得的数据,研究人员发现中子寿命为780秒。撞击金星大气层的宇宙射线喷射出中子,这些中子逐渐飞向太空。随着中子移动到更高的高度,更多的时间流逝,更多的中子发生放射性衰变。MESSENGER计算了在不同高度看到的中子数......

利用2007年和2008年美国宇航局信使号飞船飞越金星和水星期间获得的数据,研究人员发现中子寿命为780秒。

Cosmic rays striking Venus’ atmosphere eject neutrons that gradually fly into space. As neutrons move to higher altitudes, more time passes, and more neutrons radioactively decay. MESSENGER counted the number of neutrons seen at various altitudes, allowing researchers to home in on where neutron numbers start falling off. Using models, researchers can then estimate the neutron lifetime. Image credit: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.

撞击金星大气层的宇宙射线喷射出中子,这些中子逐渐飞向太空。随着中子移动到更高的高度,更多的时间流逝,更多的中子发生放射性衰变。MESSENGER计算了在不同高度看到的中子数量,让研究人员了解中子数量开始下降的地方。利用模型,研究人员可以估算中子寿命。图像学分:约翰霍普金斯应用物理实验室。

杜伦大学计算宇宙学研究所的科学家文森特·埃克博士说:“自由中子的寿命提供了粒子物理标准模型的一个关键测试,它还影响了宇宙大爆炸后几分钟内形成的早期宇宙中氢和氦的相对丰度,因此它具有广泛的意义。

"天基方法提供了打破两种相互竞争的地球测量技术之间僵局的可能性."

中子通常存在于原子核中,但在原子外会迅速分解成电子和质子。

物理学家以前使用过两种基于实验室的方法& # 8212;‘瓶子法’和‘光束’技术& # 8212;试图确定中子的寿命。

瓶子法将中子捕获在瓶子里,测量它们的放射性衰变需要多长时间。这表明中子平均可以存活879秒。

射束技术发射一束中子,并计算放射性衰变产生的质子数,时间约为888秒。

虽然这看起来是一个很小的差异,但科学家们表示这种差距可能是巨大的。

由于粒子物理的标准模型要求中子寿命约为879秒,任何偏离都会引起我们对该模型理解的根本改变。

MESSENGER携带了一台中子光谱仪,用于探测宇宙射线与水星表面原子碰撞释放到太空中的中子,这是确定这颗行星上是否存在水的重新搜索的一部分。

在途中,航天器首次飞越金星,在那里它首次收集了中子测量数据。

杜伦大学计算宇宙学研究所的雅各布·凯格尔雷斯博士说:“尽管MESSENGER是为其他目的设计的,但我们仍然能够使用这些数据来估计中子寿命。

“航天器在金星和水星表面上方的大范围高度上进行了观测,这使我们能够测量中子通量如何随着与行星的距离而变化。”

利用模型,研究人员估计信使号在金星上方的高度上中子寿命应该在600到1020秒之间。对于较短的寿命,存活足够长时间到达MESSENGER中子探测器的中子更少。

他们发现中子寿命为780秒,统计和其他不确定性的不确定性约为130秒,如白天中子数量是否变化以及水星表面化学成分的不确定性。

约翰·霍普金斯应用物理实验室的研究员杰克·威尔逊博士说:“这就像一个大瓶子实验,但是我们没有使用墙壁和磁场,而是利用金星的引力将中子限制在相当于它们寿命的时间内。

该发现发表在《物理评论研究》杂志上。

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Jack T. Wilson等人,2020年。利用美国宇航局信使号(MESSENGER)任务中子谱仪的数据对中子寿命进行天基测量。物理研究2(2):023316;doi:10.1103/physrevresearch . 2.023316


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