Neutronii liberi au o viaţă limitată: se dezintegrează în circa 14-15 minute. Timpul de viaţă a neutronului însă nu este bine cunoscut – ba mai mult, există două măsurători care nu sunt compatibile. Un nou experiment a efectuat primele măsurători în spaţiu, folosind planetele Venus şi Mercur ca surse de neutroni.

Neutronii fac parte din nucleele atomilor, împreună cu protonii. Scoşi însă din nuclee neutronii liberi nu sunt particule stabile, ci se dezintegrează. Un neutron dă astfel naştere unui proton, unui electron şi unui antineutrin electronic. Care este durata de viaţă a neutronilor liberi? La ora actuală există două valori, măsurate în experimente ce folosesc metode diferite. Într-un experiment neutronii sunt capturaţi într-un recipient şi se măsoară durata vieţii acestora – adică timpul până când dispar. Această metodă dă o durată a vieţii medii a neutronului de 14 minute şi 39 de secunde. A doua metodă foloseşte un fascicol de neutroni şi măsoară numărul de protoni generaţi din dezintegrarea neutronilor. Rezultatul este de 14 minute şi 48 de secunde – deci cu 9 secunde mai mult decât prima metodă! 9 secunde ar putea să nu pară prea mult – însă precizia ambelor metode este mai mare, astfel încât diferenţa devine relevantă. La mijloc ar putea să fie o nouă fizică – adică procese pe care la ora actuală nu le luăm în calcul într-una din metode şi care să aibă ca efect această diferenţă. Totuşi, la mijloc s-ar putea să fie aşa-numite erori sistematice, adică legate de metoda experimentală folosită, şi de care cercetătorii nu ţin cont. Cât de important este să ştim durata vieţii neutronului cu mare precizie? Extrem de important – din cel puţin două motive: în funcţie de cât trăieşte neutronul avem valori diferite, imediat după Big Bang, pentru compoziţia chimică – formarea elementelor, ceea ce este important pentru a înţelege cum a evoluat Universul şi cum au luat naştere actualele structuri. Pe de altă parte Modelul Standard al fizicii particulelor elementare poate fi folosit pentru a calcula cu mare precizie viaţa neutronului: aceasta rezultă că fiind 14 minute şi 39 de secunde – exact cât prima valoare experimentală. Dacă totuşi durata de viaţă ar fi mai lungă, că în al doilea experiment – acest fapt ar fi semnalul unei noi fizici.

În acest context un grup de oameni de ştiinţă a avut idea de a folosi un experiment în spaţiu pentru a măsura viaţa neutronului. Metoda şi primele rezultate au fost prezentate recent într-un articol publicat în Physical Review Research de cercetătorii de la Durham University, UK, şi John Hopkins Applied Physical laboratory, USA. Aceştia au folosit date care provin de la misiunea spaţială NASA MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) pentru a obţine o primă valoare a duratei de viaţă a neutronilor care se formează în atmosfera planetei Venus în urma bombardamentului acesteia cu raze cosmice care produc reacţii în care iau naştere neutroni.  Măsurători efectuate la diverse altitudini deasupra planetei Venus şi care măsoară fluxul de neutroni pot stabili această durată de viaţă a neutronilor. Prima valoare obţinută este de 13 minute însă cu o eroare de 130 de secunde, legată de fluctuaţii ale numărului de neutroni produşi de-a lungul zilei şi o cunoaştere doar aproximativă e compoziţiei chimice a planetei şi atmosferei acesteia. Măsurătorile continuă, atât asupra planetei Mercur cât şi a planetei Venus şi se speră să se reuşească obţinerea unui rezultat mai precis. Metoda este oarecum asemănătoare cu prima despre care v-am relatat, adică neutroni produşi într-un „recipient” care dezintegrându-se scad ca număr. Aici recipientul sunt planetele Mercur şi Venus. Pentru a efectua însă măsurători mult mai precise este nevoie de a pregăti şi trimite în spaţiu o nouă misiune spaţială dedicată, care să măsoare timpul de viaţă a neutronilor  folosind planeta Venus, care are o atmosferă importantă şi, fiind mai mare decât Mercur, o atracţie gravitaţională care să menţină neutronii, mai mare.

La ora actuală cercetătorii proiectează un nou experiment, care să rezolve în spaţiu misterul duratei de viaţă a neutronului, cu implicaţii importante în istoria şi evoluţia Universului, dar şi a fizicii moderne.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]