اندازه گیری طول عمر نوترون در فضا

دانشمندان "دانشگاه دورام" (Durham University) بریتانیا و "آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز" (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory) ایالت متحده آمریکا از داده های فضاپیمای مسنجر (MESSENGER) سازمان ناسا استفاده کردند و برای اولین بار موفق به اندازه‌گیری طول عمر نوترون در فضا شدند.

به گزارش ایسنا و به نقل از تک اکپلوریست، دانستن طول عمر (Longevity) نوترون ها میتواند اطلاعات زيادي در خصوص شکل گیری عناصر بعد از بیگ بنگ که ۱۳.۸ میلیارد سال پیش رخ داد و دنیا را تشکیل داد، در اختیار دانشمندان قرار دهد.

فضاپیمای "مسنجر" با پرواز بر فراز سیاره های زهره و عطارد (Mercury) توانست میزان سرعت ذرات نوترون که در حال خروج از دو سیاره بود را اندازه‌گیری کند. تعداد نوترون های کشف شده بستگی به زمان پرواز فضاپیما بر فراز این سیارات داشت. این موضوع به دانشمندان امکان محاسبات مدت زنده ماندن ذرات زیر اتمی را داد. در فیزیک به ذرات کوچک تر از اتم ذره زیراتمی گفته می شود. این ذرات به دو دسته ذرات بنیادی و ذرات ترکیبی تقسیم می شود. فیزیک ذرات و فیزیک هسته ای قسمتی از فیزیک هستند که به مطالعه این ذرات می پردازند.

دکتر "وینسنت اکه" (Vincent Eke) از موسسه کیهان شناسی محاسباتی دانشگاه دورام اظهار‌کرد: عمر نوترون های آزاد یک آزمایش حیاتی برای مدل استاندارد فیزیک ذرات را فراهم می کند و همینطور بر ارتقای دانش دانشمندان در مورد فراوانی نسبی هیدروژن و هلیوم ایجاد شده در جهان اولیه فقط چند دقیقه بعد از بیگ بنگ تأثير می گذارد و بدین ترتیب پیامدهای گسترده ای دارد. دانشمندان طی این مطالعه از دو روش مبتنی بر آزمایشگاه به نام های "روش بطری" (bottle method) و"پرتو" (beam) برای تعیین عمر نوترون ها استفاده کردند.

روش بطری نشان داد که آن ها بطور متوسط به مدت ۱۴ دقیقه و ۳۹ ثانیه زنده می مانند. از طرف دیگر روش پرتو نشان داد آن ها حدود ۱۴ دقیقه و ۴۸ ثانیه و ۹ ثانیه بیشتر از روش بطری زنده می مانند. در حالیکه امکان دارد این از نظر شما یک اختلاف کوچک بنظر برسد ولی دانشمندان می گویند این شکاف میتواند بسیار بزرگ باشد. با توجه به اینکه مدل استاندارد فیزیک ذرات نیاز به طول عمر (Longevity) نوترون در حدود ۱۴ دقیقه ۳۹ ثانیه دارد ولی هرگونه اختلاف در این باره میتواند یک تغییر اساسی در درک دانشمندان از این مدل ایجاد کند. فضاپیمای مسنجر مجهز به یک طیف سنج  نوترونی برای شناسایی نوترون های آزاد شده در فضا توسط پرتوهای کیهانی زمانی که با اتم های روی سطح عطارد برخورد کرده اند، است.

دکتر"جیکوب کگریس" (Jacob Kegerreis) از موسسه کیهان شناسی محاسباتی اظهار‌کرد: حتی چنانچه مسنجر برای اهداف دیگری طراحی شده باشد، ما باز هم قادر به استفاده از داده ها برای تخمین طول عمر نوترون هستیم. این فضاپیما مشاهداتی را در مورد طیف وسیعی از عناصر موجود در ارتفاعات بالای سطوح سیارات زهره و عطارد انجام داد که به ما این امکان را داد تا نحوه چگونگی تغییر شار نوترون هنگام فاصله گرفتن از سیارات را اندازه‌گیری کنیم.

دانشمندان با استفاده از این مدل ها تخمین می زدند که طول عمر نوترون هایی که مسنجر در ارتفاع بالاتر از زهره محاسبه کند می بایست بین ۱۰ تا ۱۷ دقیقه باشد ولی آن ها متوجه شدند طول عمر نوترون ۱۳ دقیقه و حدود ۱۳۰ ثانیه است و گویی تعداد نوترون ها در طول روز تغییر می کند و این میتواند به علت ترکیبات شیمیایی سطح عطارد باشد. سیاره زهره به ترتیب نزدیکی به خورشید، دومین سیاره زمین سان منظومهٔ شمسی است که در مداری میان مدارهای زمین و عطارد قرار گرفته است.

دکتر "جک ویلسون" (Jack Wilson) از آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز اظهار‌کرد: آزمایش بطری یک آزمایش بزرگ است و ما موقع انجام آن به جای استفاده از دیوارها و میدان های مغناطیسی، از نیروی جاذبه زهره برای محصور کردن نوترون ها برای تعیین عمر آن ها استفاده کردیم.

"مسنجر" اسم فضاپیمایی است که توسط ناسا و برای گردش به دور عطارد ساخته شد. مسنجر نخستین فضاپیمایی است که بطور خاص برای مطالعه سیاره عطارد ساخته شده است. مأموریت این فضاپیما تحقیق در رابطه با مواد شیمیایی، آب و هوای آن و میدان مغناطیسی موجود در عطارد است. این فضا پیما (Spacecraft) در اوت ۲۰۰۴ توسط موشک دلتا ۲ به فضا پرتاب شد.