Анх удаа нейтроны амьдрах хугацааг сансарт хэмжих
оролдлого хийгджээ
Хамгийн анх удаа эрдэмтэд нейтроны амьдрах хугацааг сансарт хэмжлээ. Өгөгдлийн алдааны утгыг хараахан нарийвчилж чадаагүй ч уг аргачлалыг сайжруулмагц энэ нээлт маш том үр дүнг авчрах юм.
Юу гэхээр бидний нейтрон гэдэг бөөм нь атомын цөмд байхдаа маш тогтвортой байдаг. Харин цөмөөс сугаран гарвал амьдрах хугацаа нь харьцангуй бага болдог.
Хэр бага болдог вэ гэж үү? Үнэндээ бид яг таг тодорхой мэдэхгүй. Учир нь бидний хэмжих аргачлал хоёр өөр үр дүнг үзүүлдэг. Гэвч эрдэмтэд энэ асуудлыг шийдэхийг их хүсдэг. Сансарт нейтрон дээр явагдах шинэ хэмжилтийн аргачлал нь энэ асуудлыг шийдэх боломжийг өгч магадгүй.
Энэ нь ойролцоогоор 13.8 тэрбум жилийн өмнө болсон Их Тэсрэлийн яг дараахан ертөнцийг дүүргэж байсан эгэл бөөмсөөс хэр хурдан элементүүд бий болсон бэ гэдгийг мэдэх боломжийг олгох юм.
Энэ процессыг Их Тэсрэлтийн цөмийн нийлэгжилт гэж нэрлэдэг ба энэ процесс Их Тэсрэлт болсноос 10 секунд болон 20 минутын хооронд болсон байх ёстой гэж үздэг. Нейтрон цөмгүйгээр дангаараа хэр удаан оршиж чадахыг мэдснээр космологчдод уг нийлэгжилтийн хугацааны дээд хязгаарыг тогтоох боломжийг олгоно.
“Энэ бол хамгийн анхны удаа нейтроны амьдрах хугацааг сансарт хэмжиж буй тохиолдол юм” хэмээн Жон Хопкинсийн их сургуулийн хэрэглээний физикийн лабораторийн гараг судлаач, энэ шинэ үр дүнг илтгэсэн өгүүллийн тэргүүлэх автор Жэйк Вилсон өгүүлж байна.
Энэ нь уг аргачлалын боломжтойг харуулж байгаа бөгөөд нэг л өдөр нейтроны амьдрах хугацааг хэмжсэн хэмжилтийн өөр өөр дүнг шийдэх зам нь болох болно.
1990-ээд оноос эхлэн нейтроны амьдрах хугацааг дэлхийд хэмжихээр хоёр төрлийн туршилт хийгдэж ирсэн ба эдгээр нь “лонх” ба “цацраг” гэсэн аргачлалууд юм.
Лонх аргачлал нь эрдэмтэд механикаар, гравитациар, соронзонгоор эсвэл эдгээрийн холимогоор саад үүсгээд тэндээ нейтрон задартлаа хэр удаж байгааг хэмжих юм.
Цацраг аргачлал нь эрдэмтэд нейтроны цацрагаар буудаад тэндээс протон болон электроныг тоолох ба эдгээрийн тоо хэмжээ нь нейтроны задралаас үүсэж байгаа юм.
Энэ хоёр аргачлал хоёулаа маш өндөр нарийвчлалтай ч нэг том учир дутагдалтай. Лонх аргачлалд дунджаар 879.5 секунд эсвэл 14 минут 39 секундад нэг задрал явагддаг ба алдааны муж 0.5 секунд байдаг. Цацраг аргачлалд дунджаар 888 секунд эсвэл 14 минут 48 секундэд 0.2 секундын алдааны мужтай задрал явагддаг.
Хоёр аргачлалын дундаж утгуудын зөрүү 9 секунд байгаа нь хэдий тийм их биш ч, нейтроны амьдрах хугацааг нарийн тогтоход асар их зөрүү юм. Учир нь алдааны мужууд нь
хоорондоо бүр ойролцоо ч очихгүй байгаа юм. Иймээс сансарт хэмжих шаардлагатай болж байгаа гэсэн үг.
Сансрын цацрагууд тасралтгүй дэлхийн гадаруу дээрх атомууд болон агаар мандлыг мөргөж байдаг ба эндээс зарим нейтрон сугаран сансарт гарч задралд ортлоо явдаг. Онолын хувьд өндөрт харьцангуй бага нейтрон байх ёстой ч үүнийг хэмжихэд тохиромжтой өндөрт тохиромжтой багажтай байх ёстой.
2011 оноос 2015 онуудын хооронд NASA-ын MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging) станц Буд гаргийг тойрсон. Гэвч станцын маршрут нь нэлээд төвөгтэй байдлаар явагдсан ба станц Сугар гаргийг хоёр удаа, Буд гаргийг гурван удаа тойрон ниссэн.
Сугар гаргийг тойрч байхдаа MESSENGER станцын нейтрон спектрометр секундэд хэдэн километр хэрээний хурдтай нейтронууд гаригаас сугаран гарч байгаа датаг цуглуулсан.
Хамгийн багадаа гаригийн гадаргуугаас 339 километрийн өндөрт MESSENGER станц тэдгээр нейтронуудыг задрах хамгийн хол зайд ойртон очсон юм. Үүнтэй ижил хэмжилтүүд Буд гаригийн тойрог замд байхад ч хийгдсэн бөгөөд хамгийн бага өндөр нь 205 километр байсан.
Энэ нь яг л маш том “лонх” аргачлалын туршилт шиг байсан ба саадууд болон соронзон орон ашиглахын оронд Сугар гаргийн гравитацийг нейтроны амьдрах хугацаатай харьцуулж болмоор хугацаанд нейтроныг барьж байхад ашигласан байна.
Нейтроны амьдрах хугацааг тооцоолохын тулд багийнхан 10-17 минутын амьдрах хугацааны мужид хэдэн тооны нейтроныг Сугар гаригийг тойрон өнгөрөх өндөрт бүртгэх вэ гэдэг загварчлалыг хийсэн. Энэ загварчлал ёсоор 780 секундаас 13 минутын амьдрах хугацаа хамгийн тохиромжтой байсан.
Гэвч үр дүн 60 секундын алдааны мужтай гарсан бөгөөд энэ нь “лонх ” ба ”цацраг” туршилтын хэмжилтийн мужид байна гэсэн үг.
Тиймээс нейтроны амьдрах хугацааны асуудал хараахан бүхэлдээ шийдэгдчихээгүй гэсэн үг. Үнэндээ MESSENGER ийм тооцоолол хийх зорилгоор дата цуглаагүй. Хэдий алдааны муж ихтэй ч төхөөрөмжөөс цуглуулсан датаг ашиглан энэ бүхнийг хийнэ гэдэг өөрөө гайхалтай юм.
Багийн энэ аргачлалын амжилт нь яг үүнд чиглэсэн зорилтот нислэгээр хэмжилтийн утгыг сайжруулж болно гэдгийг илтгэж буй юм. Олон сансрын агенталгууд Сугар гараг руу төхөөрөмж хөөргөхөөр зэхэж байгаа ба дээрх багийнхан тэдний тооцоонд хэрэгтэй өндөр нарийвчлалтай хэмжилт хийх төхөөрөмжийг олохоор ажиллаж байгаа юм.
Эх сурвалж https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-the-lifetime-of-a-neutron-has-been-measured-in-space
Мэдээг бэлтгэсэн : ФТХ, Онолын ба Их энергийн физикийн салбарын ЭШДаА Л.Мөнхжаргал