Gli scienziati hanno trovato per la prima volta un modo per misurare la vita dei neutroni dallo spazio, una scoperta che potrebbe insegnarci di più sull'universo primordiale.

Conoscere la durata dei neutroni è la chiave per comprendere la formazione degli elementi dopo il Big Bang che ha formato l'universo 13,8 miliardi di anni fa.

Scienziati della Durham University, UK, e Laboratorio di Fisica Applicata Johns Hopkins, STATI UNITI D'AMERICA, ha utilizzato i dati della NASA MErcury Surface, Ambiente spaziale, geochimica, and Ranging (MESSENGER) per fare la loro scoperta.

Mentre sorvolava Venere e Mercurio, MESSENGER misurò la velocità con cui le particelle di neutroni fuoriuscivano dai due pianeti.

Il numero di neutroni rilevati dipendeva dal tempo impiegato per volare fino alla navicella rispetto alla durata dei neutroni, dando agli scienziati un modo per calcolare quanto tempo potrebbero sopravvivere le particelle subatomiche.

Le scoperte, pubblicato sulla rivista Ricerca sulla revisione fisica , potrebbe fornire un percorso per porre fine a uno stallo decennale che ha visto i ricercatori non essere d'accordo, per una manciata di secondi, su quanto tempo i neutroni sono in grado di sopravvivere.

Il dottor Vincent Eke, nell'Istituto di Cosmologia Computazionale, all'Università di Durham, ha dichiarato:"La durata dei neutroni liberi fornisce un test chiave del Modello Standard della fisica delle particelle, e influenza anche le abbondanze relative di idrogeno ed elio formatisi nell'universo primordiale pochi minuti dopo il Big Bang, quindi ha implicazioni di vasta portata.

"I metodi basati sullo spazio offrono la possibilità di rompere l'impasse tra le due tecniche di misurazione basate sulla Terra in competizione".

I neutroni si trovano normalmente nel nucleo di un atomo ma si disintegrano rapidamente in elettroni e protoni quando si trovano all'esterno dell'atomo.

Gli scienziati hanno precedentemente utilizzato due metodi di laboratorio, il cosiddetto "metodo della bottiglia" e la tecnica del "fascio", per cercare di determinare la durata dei neutroni.

Il metodo della bottiglia, che intrappola i neutroni in una bottiglia e misura quanto tempo impiega la loro radioattività a decadere, suggerisce che possono sopravvivere in media per 14 minuti e 39 secondi.

Utilizzando la tecnica del raggio alternativo, che spara un raggio di neutroni e conta il numero di protoni creati dal decadimento radioattivo, fornisce circa 14 minuti e 48 secondi, nove secondi in più rispetto al metodo della bottiglia.

Anche se questa potrebbe sembrare una piccola differenza, gli scienziati dicono che il divario potrebbe essere enorme. Poiché il modello standard della fisica delle particelle richiede che la vita dei neutroni sia di circa 14 minuti e 39 secondi, qualsiasi deviazione da questo provocherebbe un cambiamento fondamentale nella nostra comprensione di questo modello.

MESSENGER trasportava uno spettrometro di neutroni per rilevare i neutroni liberati nello spazio dai raggi cosmici che collidono con gli atomi sulla superficie di Mercurio come parte della ricerca per determinare l'esistenza dell'acqua sul pianeta.

Sulla sua strada la navicella spaziale ha prima sorvolato Venere, dove ha raccolto per la prima volta misurazioni di neutroni.

Dott. Jacob Kegerreis, nell'Istituto di Cosmologia Computazionale, all'Università di Durham, ha dichiarato:"Anche se MESSENGER è stato progettato per altri scopi, siamo ancora in grado di utilizzare i dati per stimare la vita dei neutroni. La navicella ha effettuato osservazioni su un'ampia gamma di altezze sopra le superfici di Venere e Mercurio, che ci ha permesso di misurare come cambia il flusso di neutroni con la distanza dai pianeti".

Utilizzando modelli, il team ha stimato che il numero di neutroni che MESSENGER dovrebbe contare alla sua altitudine sopra Venere per la vita dei neutroni sarebbe compreso tra 10 e 17 minuti. Per le vite più brevi, meno neutroni sopravvivono abbastanza a lungo da raggiungere il rivelatore di neutroni di MESSENGER.

Hanno scoperto che la durata dei neutroni è di 13 minuti, con un'incertezza di circa 130 secondi da incertezze statistiche e di altro tipo, come se il numero di neutroni cambia durante il giorno e l'incertezza sulla composizione chimica della superficie di Mercurio.

La loro vita stimata dei neutroni cade proprio vicino all'intervallo delle stime del metodo "bottiglia" e "fascio".

L'autore principale Dr. Jack Wilson, del Laboratorio di Fisica Applicata Johns Hopkins, ha detto:"È come un esperimento con una grande bottiglia, ma invece di usare muri e campi magnetici, usiamo la gravità di Venere per confinare i neutroni per tempi paragonabili alla loro vita".

Poiché gli errori sistematici nelle misurazioni spaziali non sono correlati a quelli nei metodi della bottiglia e del fascio, i ricercatori hanno affermato che il loro nuovo metodo potrebbe fornire un modo per sbloccare lo stallo tra l'esistente, misurazioni concorrenti.

I ricercatori hanno aggiunto che misurazioni più precise richiederebbero una missione spaziale dedicata, forse a Venere, poiché la sua atmosfera densa e la sua grande massa intrappolano i neutroni intorno al pianeta.

Sperano di progettare e costruire uno strumento in grado di effettuare una misurazione ad alta precisione della durata dei neutroni utilizzando la loro nuova tecnica.