La duración de la vida media del neutrón libre parece depender del sistema con el que se mida.
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La aventura empieza cuado se desconoce algo y esto también atañe a la ciencia. Hace unos días veíamos cómo no se sabe bien el tamaño del protón y ahora veremos que tampoco se conoce bien la vida media del neutrón.
Los neutrones libres, a diferencia de los neutrones que forman parte de los núcleos atómicos, tienen su vida contada, en unos 15 minutos se desintegran (o decaen) en un protón, un electrón y un antineutrino.
Una medida precisa de esta vida media es importante porque nos ayuda a saber cómo fue la nucleosíntesis primordial que se dio al poco de darse el Big Bang. Esa nucleosíntesis creó una pequeña cantidad de elementos ligeros (con sus isótopos) sin necesidad de que hubiera estrellas. Sus proporciones y cantidades constituyen una de las pruebas de que el Big Bang existió.
Además, una medida precisa de esta vida media nos puede ayudar a encontrar un física que esté más allá del modelo estándar. Por tanto, varios equipos de investigadores decidieron medirla.
Lo malo es que la vida media del neutrón parece depender del método empleado en medirla. La discrepancia es de nada menos que 8 segundos, lo que es mucho tiempo. La discrepancia tiene una significación estadística de 4σ, así que no parece ser debida a una fluctuación aleatoria.
Hay dos métodos para estudiar la vida media de los neutrones una vez que estos son generados. En un caso se “embotellan” en una trampa magnética y cuenta cuántos quedan cada cierto tiempo. En la segunda técnica los neutrones se mueven en un haz y se cuenta cuántos decaen según el haz cruza un volumen dado.
Pues bien, una reevaluación de los datos obtenidos en 2005 por este segundo método arroja una vida media de 8 segundos más que en el método del embotellamiento. El error en este caso era de más o menos 3,2 segundos sobre el total, error que se reduce cuantos más neutrones hay en el haz.
En ambos casos hay errores sistemáticos que son de diferente tipo, por lo que los físicos se sentirían cómodos si coincidiera el valor obtenido en ambos casos, pero no es así.
Para contar neutrones se suele emplear un material que los absorba y emita algún tipo de señal, aunque tener un haz denso proporciona un error más pequeño, esto saturaría el detector. Así que se usa una capa de litio 6 que absorbe sólo una pequeña proporción de los neutrones incidentes y saber esta pequeña proporción es vital a la hora de medir la vida media.
Un equipo de investigadores del NIST estimó en 2005 la probabilidad de absorción de neutrones del litio 6. Ahora la recalibración del mismo dispositivo arroja un valor de 0,05%. Esto ha permitido rebajar el error de ±3,2 segundos a ±1,9 segundos, dar un valor a la vida media ligeramente superior y subir la significación estadística de 2,9σ a 3,8σ.
Ahora los investigadores están planeando realizar de nuevo el experimento por completo para minimizar los errores con la esperanza de que el valor obtenido se acerque al del método de la botella.
La medida más precisa de vida media la realizaron Anatoli Serebrov y sus colaboradores del Instituto de Física Nuclear de San Peterburgo usando el método de la botella en el Instituto Laue-Langevin de Grenoble.
Serebrov señala que quizás la discrepancia se deba a que hay otro modo de desintegración del neutrón que no produce protones. Pero, aunque la idea es excitante, no hay teorías que predigan otros canales de decaimiento distintos al estándar.
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Fuentes y referencias:
Nota en Physics World. [2]
Artículo original. [3]
Ilustración: Wikipedia.