Neutronii, particule fundamentale ale materiei, joacă un rol esențial în stabilitatea atomilor. Deși pot rămâne stabili atunci când sunt integrați într-un nucleu atomic, neutronii liberi, aceia care nu sunt legați de alte particule, se dezintegrează, în medie, după aproximativ cincisprezece minute.
Totuși, rezultate contradictorii privind durata lor de viață au intrigat fizicienii de-a lungul deceniilor.
O echipă de cercetători de la Universitatea Tehnică din Viena propune acum o explicație fascinantă: ar putea exista stări excitate ale neutronului, până acum necunoscute, care să influențeze astfel durata lor de viață. Ce este, mai exact, un neutron?
Ei bine, neutronii sunt particule neutre din punct de vedere electric, adică nu posedă o sarcină electrică, spre deosebire de protoni, care sunt încărcați pozitiv. Împreună, protonii și neutronii alcătuiesc nucleul atomic, inima oricărui atom.
Stabilitatea acestui nucleu depinde în mare măsură de echilibrul dintre numărul de protoni și cel de neutroni. Când vorbim despre neutroni liberi, ne referim la cei care nu fac parte dintr-un nucleu atomic, ci plutesc independent. Din acest motiv, ei sunt supuși dezintegrării.
În interiorul unui nucleu, neutronii interacționează cu alte particule, cum ar fi protonii, prin forțe nucleare puternice, care le conferă stabilitate. Odată eliberați, aceste forțe protectoare dispar, iar neutronii se dezintegrează.
De aproape treizeci de ani, fizicienii se confruntă cu o enigmă legată de durata de viață a neutronilor liberi. În medie, un neutron liber se dezintegrează după aproximativ 14 minute și 39 de secunde, adică 879 de secunde. Cu toate acestea, diverse studii au arătat discrepanțe semnificative.
De exemplu, în experimentele unde neutronii sunt măsurați într-un fascicul – așa cum se întâmplă în reactoarele nucleare, unde sunt produși prin dezintegrări radioactive și direcționați printr-un tub pentru a fi numărați – durata de viață medie este adesea de aproximativ 880 de secunde.
Pe de altă parte, atunci când neutronii sunt stocați într-o „sticlă” creată de câmpuri magnetice, durata lor de viață pare să se lungească considerabil, atingând circa 887 de secunde.
Această diferență de aproape șapte secunde în măsurători ridică întrebări fundamentale despre factorii care influențează stabilitatea neutronilor liberi și subliniază necesitatea unei înțelegeri mai profunde a fenomenului.
Benjamin Koch, cercetător la Universitatea Tehnică din Viena, și colegul său Felix Hummel, s-au aplecat recent asupra acestei enigme persistente. Ipoteza lor sugerează că diferențele în durata de viață ar putea fi atribuite unor stări excitate ale neutronilor, până acum necunoscute.
Aceste stări ar putea influența modul în care neutronii se dezintegrează. În detaliu, ipoteza lui Koch și Hummel se bazează pe ideea că, în timpul dezintegrării radioactive, neutronii apar într-un amestec de stări.
Unii neutroni ar fi în starea lor fundamentală, în timp ce alții s-ar afla în stări excitate, având un plus de energie. Pentru a ilustra acest concept, cercetătorii compară fenomenul cu o baie de spumă: atunci când se adaugă energie, se formează spuma, creând o stare de excitație.
Cu timpul însă, bulele se sparg, iar baia revine la starea inițială. În mod similar, neutronii excitați s-ar putea stabiliza cu timpul și ar reveni la starea lor fundamentală.
Dacă această ipoteză este corectă, atunci neutronii dintr-un fascicul ar putea conține un număr mai mare de stări excitate, ceea ce ar explica de ce par să aibă o durată de viață mai lungă.
Pe de altă parte, neutronii dintr-o „sticlă” s-ar afla aproape exclusiv în starea lor fundamentală, care a avut timp să se stabilizeze. Astfel, probabilitatea de dezintegrare a unui neutron ar depinde puternic de starea sa, conducând la durate de viață medii diferite.
Propunerea acestor stări excitate este semnificativă, nu doar pentru că ar putea rezolva întrebări care persistă de decenii, ci și pentru că ar putea avea implicații mai ample în fizica particulelor.
Dacă stările excitate există, ele ar putea schimba înțelegerea noastră despre dezintegrarea neutronilor și ar deschide calea către noi cercetări asupra naturii fundamentale a materiei. Pentru a-și testa ipoteza, cercetătorii intenționează să efectueze noi experimente.
De asemenea, ei vor analiza datele din experimente anterioare și au în vedere colaborarea cu alte echipe de cercetare, în special cu cele de la Institutul de Fizică Atomică și Subatomică al Universității Tehnice din Viena.
Obiectivul lor este să determine dacă durata de viață a neutronilor într-o stare excitată poate varia între 5 milisecunde și 300 de secunde, o plajă care ar putea explica rezultatele contradictorii observate până acum.
Din punct de vedere tehnic, cercetătorii dispun de instrumentele necesare pentru a realiza aceste măsurători și estimează că au șanse mari de a verifica ipoteza lor privind stările excitate ale neutronilor.
Dacă această cercetare va avea succes, ar putea dezvălui noi proprietăți ale neutronilor și ar îmbunătăți considerabil înțelegerea noastră asupra fizicii nucleare.
