Τα νετρόνια βοηθούν στην έρευνα των δομικών μονάδων του σύμπαντος

Από την ιστοσελίδα του NIST, 24 Μαΐου 2004

Η NASA μπορεί να έχει πυραύλους και διαστημικά τηλεσκόπια που χρησιμεύουν ως παράθυρα στους ουρανούς, αλλά υπάρχει κάποια τεχνολογία πάνω στη γη που εξετάζει εξ' ίσου την προέλευση του σύμπαντος.

Σε μια υπόγεια αίθουσα, στο μέγεθος ενός γυμναστηρίου, ερευνητές στο Εθνικό Ίδρυμα Προτύπων και  Τεχνολογίας (NIST) χρησιμοποιούν το νετρόνιο για να εξετάσουν μια σειρά επιστημονικών μυστηρίων -- συμπεριλαμβανομένου και του τρόπου που η ύλη σχηματίστηκε στην αυγή του χρόνου.

Στο ερευνητικό κέντρο νετρονίων του NIST, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν έναν πυρηνικό αντιδραστήρα 20-μεγαβάτ για να δημιουργήσουν νετρόνια, και αφού τα πυροδοτήσουν μέσω υάλινων και χαλύβδινων σωλήνων, παρακολουθούν έπειτα τη συμπεριφορά τους με 29 φασματόμετρα και άλλα όργανα.

Αυτά που αφήνουν τη συσκευή πρέπει να περάσουν μέσω ενός ανιχνευτή, που ελέγχει τα επίπεδα έκθεσης της ακτινοβολίας.

Περίπου 1.700 ερευνητές από όλες τις χώρες κάνουν χρήση του κέντρου κάθε χρόνο. Τα τελευταία προγράμματα περιλαμβάνουν την αναζήτηση ενός ανθεκτικότερου τύπου τσιμέντου καθώς και την προσπάθεια να χτιστεί μια φορητή κυψέλη καυσίμων υδρογόνου.

Υπάρχουν ερευνητικά κέντρα νετρονίων στο Νέο Μεξικό και το Ιλλινόις, και ένα τέταρτο βρίσκεται υπό κατασκευή στο Tennessee. Αλλά το κάθε ένα έχει διαφορετικές ικανότητες, λέει ο John Rush, ένας διευθυντής του NIST.

Τα νετρόνια κάνουν εξαιρετικά πειράματα. Δεν έχουν φορτίο, αλλά όταν ελευθερώνονται έξω από τον πυρήνα ενός ατόμου, συμπεριφέρονται με παράξενους τρόπους. Μπορούν να προκαλέσουν ανάκρουση στα σωματίδια με τα οποία συγκρούονται, να τα θέσουν σε κίνηση και να δράσουν σαν μικροσκοπικούς μαγνήτες, και αυτό μπορεί να μετρηθεί.

Τα ελεύθερα νετρόνια, επίσης, διασπώνται γρήγορα και σχηματίζουν πρωτόνια και άλλους τύπους ύλης. Αυτή η ιδιότητα τα καθιστά ιδανικά για να εξεταστεί πώς δημιουργήθηκαν τα στοιχεία που αποτελούν τις δομικές μονάδες του κόσμου -- όπως είναι το ήλιο και το υδρογόνο.

"Μπορείτε να εξετάσετε τους πλανήτες και να δείτε το παρελθόν, ή μπορείτε να βρείτε από ποια στοιχεία αποτελούνται τα αστέρια", αναφέρει ο Paul Huffman, ένας πυρηνικός φυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, που συνεργάζεται με τους ερευνητές του NIST.

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο της δημιουργίας του Κόσμου, το σύμπαν δημιουργήθηκε με μια τεράστια έκρηξη γνωστή ως "Μεγάλη Έκρηξη". Μέσα σε λιγότερο από ένα λεπτό μετά από το Big Bang, τα νετρόνια και τα πρωτόνια άρχισαν να συγκρούονται, και πολλά νετρόνια διασπάστηκαν γρήγορα σε πρωτόνια. Σε αυτό το σενάριο, έχει γίνει αποδεκτό από όλους ότι η διάρκεια ζωής του νετρονίου είναι περίπου 887 δευτερόλεπτα.

Με τη μέτρηση του ρυθμού διάσπασης των νετρονίων, οι ερευνητές ελπίζουν να καθορίσουν την ακρίβεια των θεωριών για τη Μεγάλη Έκρηξη, τα γεγονότα που την ακολούθησαν και γιατί το σύμπαν διατηρεί τη συνοχή του.

"Ελπίζουμε ότι θα μπορούμε είτε να αποδείξουμε είτε, ίσως, και να ανασκευάσουμε τις θεωρίες για το σχηματισμό του σύμπαντος", λέει ο Muhammed Arif, ένας ερευνητής του NIST.

Αν και οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τη διάσπαση των νετρονίων από τη δεκαετία του '50, αυτή η εργασία χρησιμοποιεί τις πιο ακριβείς ακτίνες νετρονίων.

Τα αποτελέσματα των πειραμάτων μέχρι τώρα, που δημοσιεύθηκαν πέρυσι το φθινόπωρο στο Physical Review of Letters, έδειξαν ότι οι προηγούμενες εκτιμήσεις ήταν σωστές για τη διάρκεια ζωής των νετρονίων.

Τα πλήρη αποτελέσματα της έρευνας αναμένονται σε δύο τουλάχιστον χρόνια.