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I misteri del cosmo… svelati da un bagno super freddo

I neutroni si trovano principalmente nel nucleo degli atomi, ma possono anche essere prodotti da soli attraverso processi come reazioni nucleari o raggi cosmici che interagiscono con gli atomi nell’atmosfera. Questi “neutroni liberi” sono instabili e decadranno in un protone, un elettrone e un antineutrino, ma quanto tempo ci vuole esattamente per questo processo non è ancora chiaro.

Attualmente i fisici misurano la vita media dei neutroni liberi usando due metodi principali. Purtroppo però le due tecniche offrono costantemente valori diversi: nel primo caso i neutroni vivono in media circa 14 minuti e 39 secondi, nel secondo 14 minuti e 48 secondi. Nove secondi potrebbero non sembrare una grande discrepanza, ma hanno invece enormi implicazioni per una serie di importanti calcoli in fisica. Ancora più stranamente, la differenza è cresciuta man mano che ognuno dei due metodi diventava più preciso. Ciò potrebbe indicare che una tecnica sta facendo qualcosa di sbagliato, gli scienziati stanno sopravvalutando la loro certezza o fenomeni fisici sconosciuti stiano interferendo.

credits: Los Alamos National Lab

Alcuni scienziati del Los Alamos National Laboratory però affermano di essere riusciti a misurare la durata del neutrone libero in un modo più preciso, creando un esperimento chiamato UCNtau, che è una variazione del metodo della bottiglia che chiamano “vasca da bagno”.

In esso i neutroni vengono raffreddati quasi a zero assoluto – UCN sta per “Ultracold Neutrons” – quindi collocati in uno strumento che li fa levitare con migliaia di magneti. Dopo 30-90 minuti, gli scienziati contano i neutroni sopravvissuti per calcolare la loro vita media. Usando questo metodo, il team ha contato circa 40 milioni di neutroni in due anni, raggiungendo il risultato di 14 minuti e 37,75 secondi. I ricercatori dicono di averlo misurato con più del doppio della precisione delle misurazioni precedenti, portando l’incertezza a solo lo 0,039%.

Il team afferma che la comprensione di questo fenomeno in modo più preciso possa fornire risposte a una vasta gamma di domande importanti in cosmologia e fisica, come ad esempio come si sono formati i primi nuclei atomici e le quantità relative di elementi creati nell’universo primordiale. C’è anche la possibilità che i neutroni decadano in materia oscura, il che potrebbe spiegare la discrepanza tra le misurazioni delle due tipologie di esperimenti classici.