Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã đo một tính chất của neutron – một hạt cơ bản trong vũ trụ – chính xác hơn bao giờ hết.
Các nhà khoa học tại Đại học Sussex đã đo một tính chất của neutron – một hạt cơ bản trong vũ trụ – chính xác hơn bao giờ hết. Nghiên cứu của họ là một phần của cuộc điều tra về lý do tại sao có vật chất còn sót lại trong vũ trụ, đó là lý do tại sao tất cả các phản vật chất được tạo ra trong Vụ nổ lớn không chỉ hủy bỏ vấn đề.
Nhóm nghiên cứu – bao gồm Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton của Hội đồng Khoa học và Công nghệ (STFC) ở Anh, Viện Paul Scherrer (PSI) ở Thụy Sĩ và một số tổ chức khác – đang xem xét liệu neutron có hoạt động như thế nào hay không một “la bàn điện.” Các neutron được cho là có hình dạng không đối xứng, hơi dương ở một đầu và hơi âm ở đầu kia – hơi giống với điện tương đương của một thanh nam châm. Đây được gọi là “khoảnh khắc lưỡng cực điện” (EDM), và là thứ mà nhóm đang tìm kiếm.
Đây là một mảnh ghép quan trọng trong bí ẩn về lý do tại sao vật chất vẫn tồn tại trong Vũ trụ, bởi vì các lý thuyết khoa học về lý do tại sao có vật chất còn sót lại cũng dự đoán rằng neutron có tính chất “la bàn điện”, ở mức độ lớn hơn hoặc ít hơn. Đo lường nó sau đó nó giúp các nhà khoa học đến gần hơn với sự thật về lý do tại sao vật chất vẫn còn.
Nhóm các nhà vật lý nhận thấy rằng neutron có EDM nhỏ hơn đáng kể so với dự đoán của nhiều lý thuyết khác nhau về lý do tại sao vật chất vẫn tồn tại trong vũ trụ; điều này làm cho những lý thuyết này ít có khả năng đúng, vì vậy chúng phải được thay đổi, hoặc những lý thuyết mới được tìm thấy. Trong thực tế, người ta đã nói trong các tài liệu rằng trong nhiều năm qua, các phép đo EDM này được coi là một tập hợp, có lẽ đã bác bỏ nhiều lý thuyết hơn bất kỳ thí nghiệm nào khác trong lịch sử vật lý. Kết quả được báo cáo hôm nay, thứ Sáu ngày 28 tháng 2 năm 2020, trong tạp chí Vật lý Đánh giá .
Giáo sư Philip Harris, Hiệu trưởng Trường Khoa học Toán học và Vật lý và lãnh đạo nhóm EDM tại Đại học Sussex, cho biết:
“Sau hơn hai thập kỷ làm việc của các nhà nghiên cứu tại Đại học Sussex và các nơi khác, một kết quả cuối cùng đã xuất hiện từ một thí nghiệm được thiết kế để giải quyết một trong những vấn đề sâu sắc nhất trong vũ trụ học trong năm mươi năm qua: cụ thể là câu hỏi tại sao Vũ trụ chứa rất nhiều vật chất hơn phản vật chất, và, thực sự, tại sao bây giờ nó lại chứa bất kỳ vật chất nào. Tại sao phản vật chất không hủy bỏ tất cả vấn đề? Tại sao lại còn vấn đề?
“Câu trả lời liên quan đến sự bất đối xứng về cấu trúc sẽ xuất hiện trong các hạt cơ bản như neutron. Đây là những gì chúng tôi đang tìm kiếm. Chúng tôi thấy rằng” khoảnh khắc lưỡng cực điện “nhỏ hơn so với trước đây. Điều này giúp chúng tôi loại trừ các lý thuyết về lý do tại sao có vấn đề còn sót lại – bởi vì các lý thuyết chi phối hai điều này được liên kết với nhau.
“Chúng tôi đã thiết lập một tiêu chuẩn quốc tế mới về độ nhạy của thí nghiệm này. Những gì chúng tôi đang tìm kiếm ở neutron – sự bất đối xứng cho thấy nó dương ở một đầu và ở đầu kia – là cực kỳ nhỏ. đã có thể đo lường điều này một cách chi tiết đến mức nếu sự bất đối xứng có thể được thu nhỏ theo kích cỡ của một quả bóng đá, thì một quả bóng được tăng lên theo cùng một lượng sẽ lấp đầy Vũ trụ hữu hình. “
Thí nghiệm này là phiên bản nâng cấp của thiết bị ban đầu được thiết kế bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Sussex và Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton (RAL), và đã giữ kỷ lục độ nhạy thế giới liên tục từ năm 1999 đến nay.
Tiến sĩ Maurits van der Grinten từ nhóm EDM neutron tại Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton (RAL), cho biết:
“Thí nghiệm kết hợp nhiều công nghệ tiên tiến khác nhau mà tất cả cần phải thực hiện đồng thời. Chúng tôi hài lòng rằng thiết bị, công nghệ và chuyên môn được phát triển bởi RAL đã góp phần vào công việc để đẩy giới hạn về thông số quan trọng này”
Tiến sĩ Clark Griffith, Giảng viên Vật lý của Trường Khoa học Toán học và Vật lý tại Đại học Sussex cho biết:
“Thí nghiệm này tập hợp các kỹ thuật từ vật lý hạt nhân nguyên tử và năng lượng thấp, bao gồm từ kế quang học bằng laser và thao tác xoay lượng tử. Bằng cách sử dụng các công cụ đa ngành này để đo các tính chất của neutron cực kỳ chính xác, chúng tôi có thể thăm dò các câu hỏi có liên quan đến vật lý hạt năng lượng cao và bản chất cơ bản của các đối xứng bên dưới vũ trụ. “
50.000 phép đo
Bất kỳ khoảnh khắc lưỡng cực điện nào mà neutron có thể có là rất nhỏ, và do đó cực kỳ khó đo. Các phép đo trước đây của các nhà nghiên cứu khác đã sinh ra điều này. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã phải nỗ lực rất nhiều để giữ cho từ trường cục bộ không đổi trong suốt quá trình đo mới nhất của họ. Ví dụ, mọi chiếc xe tải chạy trên đường bên cạnh viện đều làm nhiễu từ trường ở quy mô có ý nghĩa đối với thí nghiệm, vì vậy hiệu ứng này phải được bù trong quá trình đo.
Ngoài ra, số lượng neutron quan sát được cần phải đủ lớn để tạo cơ hội đo thời điểm lưỡng cực điện. Các phép đo chạy trong khoảng thời gian hai năm. Cái gọi là neutron cực nhỏ, nghĩa là neutron với tốc độ tương đối chậm, đã được đo. Cứ sau 300 giây, một nhóm hơn 10.000 neutron được chuyển đến thí nghiệm và kiểm tra chi tiết. Các nhà nghiên cứu đã đo tổng cộng 50.000 bó như vậy.
Một tiêu chuẩn quốc tế mới được thiết lập
Các kết quả mới nhất của các nhà nghiên cứu đã hỗ trợ và nâng cao những người tiền nhiệm của họ: một tiêu chuẩn quốc tế mới đã được thiết lập. Kích thước của EDM vẫn còn quá nhỏ để đo bằng các dụng cụ đã được sử dụng cho đến nay, vì vậy một số lý thuyết cố gắng giải thích sự dư thừa của vật chất đã trở nên ít khả năng hơn. Do đó, bí ẩn vẫn còn.
Phép đo tiếp theo chính xác hơn đã được xây dựng tại PSI. Sự hợp tác PSI dự kiến sẽ bắt đầu loạt phép đo tiếp theo của họ vào năm 2021.
Tìm kiếm “vật lý mới”
Kết quả mới được xác định bởi một nhóm các nhà nghiên cứu tại 18 viện và trường đại học ở Châu Âu và Hoa Kỳ trên cơ sở dữ liệu được thu thập tại nguồn neutron cực lớn của PSI. Các nhà nghiên cứu đã thu thập dữ liệu đo lường trong khoảng thời gian hai năm, đánh giá nó rất cẩn thận trong hai nhóm riêng biệt và sau đó có thể thu được kết quả chính xác hơn bao giờ hết.
Dự án nghiên cứu là một phần của việc tìm kiếm “vật lý mới” sẽ vượt ra ngoài cái gọi là Mô hình vật lý tiêu chuẩn, đưa ra các tính chất của tất cả các hạt đã biết. Đây cũng là mục tiêu chính của các thí nghiệm tại các cơ sở lớn hơn như Máy va chạm Hadron lớn (LHC) tại CERN.
Các kỹ thuật ban đầu được phát triển cho phép đo EDM đầu tiên vào những năm 1950 đã dẫn đến sự phát triển thay đổi thế giới như đồng hồ nguyên tử và máy quét MRI, và cho đến ngày nay, nó vẫn giữ được tác động to lớn và liên tục trong lĩnh vực vật lý hạt.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Sussex . Bản gốc được viết bởi Anna Ford. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :