สเปกโตรมิเตอร์ตามอวกาศเข้าสู่การอภิปรายตลอดอายุการใช้งานของนิวตรอน

ในขณะที่โปรตอนยังคงเสถียรอยู่นอกนิวเคลียส อย่างน้อย 10 34 ปี นิวตรอนอิสระจะอยู่รอดได้ไม่เกิน 15 นาทีก่อนที่มันจะสลายตัว อย่างไรก็ตาม อายุการใช้งานที่แม่นยำของนิวตรอนยังเป็นประเด็นถกเถียงอยู่บ้าง เนื่องจากเทคนิคสองวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการวัดนั้นได้ให้ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันที่ 880 และ 888 วินาทีทีมนักวิจัยจากJohns Hopkins University Applied Physics Laboratory

ในสหรัฐอเมริกาที่นำโดยJack Wilsonได้นำเสนอ

เทคนิคที่สามที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวัดจำนวนนิวตรอนใกล้ดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง โดยใช้ข้อมูลที่ได้จากเครื่องสเปกโตรมิเตอร์นิวตรอนบน ยานอวกาศ MESSENGER ของ NASAในระหว่างการบินผ่านดาวศุกร์และดาวพุธในปี 2550 และ 2551 พวกเขาคำนวณอายุการใช้งานของนิวตรอนเป็น 780 +/- 90 วินาที ในขณะที่การวัดนี้มีความไม่แน่นอนมาก นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าเครื่องมือ MESSENGER ไม่เคยได้รับการออกแบบมาเพื่อทำการศึกษาประเภทนี้ ซึ่งหมายความว่าเครื่องมือเฉพาะสำหรับภารกิจในอนาคตสามารถสร้างการวัดที่มีความแม่นยำสูงกว่ามาก

วิธีขวดและลำแสงเทคนิคที่กำหนดไว้สำหรับการวัดอายุการใช้งานนิวตรอนนั้นมีทั้งแบบใช้ห้องปฏิบัติการ ในวิธีแรกที่เรียกว่าวิธี “ขวด” นักวิจัยใช้สนามแม่เหล็กหรือแรงทางกลเพื่อจำกัดนิวตรอนพลังงานต่ำไว้ในกับดัก จากนั้นจะนับจำนวนอนุภาคที่เหลืออยู่หลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง ในวิธี “บีม” พวกเขานับจำนวนผลิตภัณฑ์ที่สลายตัว เช่น โปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนจากลำนิวตรอน

ความคลาดเคลื่อนแปดวินาทีระหว่างอายุ

ของนิวตรอนที่วัดโดยใช้วิธีขวดและบีมมีนัยสำคัญสำหรับฟิสิกส์พื้นฐาน ตัวอย่างเช่น อายุการใช้งานนิวตรอนเป็นพารามิเตอร์หลักในการศึกษาการสังเคราะห์นิวคลีโอสซิน (การสร้างองค์ประกอบ) ในบิกแบง การแก้ไขความคลาดเคลื่อนนี้ (ซึ่งถูกตำหนิจากข้อผิดพลาดในการทดลองที่ไม่ทราบสาเหตุ) จึงเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าจักรวาลของเราก่อตัวขึ้นเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อนได้อย่างไร

เครื่องวัดนิวตรอนของยานอวกาศ MESSENGER ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดองค์ประกอบพื้นผิวของดาวพุธ และเพื่อตรวจสอบว่าขั้วของดาวเคราะห์อาจมีน้ำแข็งในน้ำหรือไม่ เครื่องมือนี้ประกอบด้วยแผ่นพลาสติกเรืองแสงวาบแบบบอเรต 10 3คิวบ์ ประกบระหว่าง แผ่นแก้วลิเธียม ขนาด 2 มม. หนา 4 มม. หนา 4 มม. 2 แผ่น ซึ่งไวต่อนิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยาการจับนิวตรอน6 Li + n → 3 H + 4 He

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเมื่อรังสีคอสมิกกระทบชั้นบรรยากาศหรือพื้นผิวของดาวพุธ ดังนั้น สเปกโตรมิเตอร์ของ MESSENGER จึงวัดอัตราที่นิวตรอน “รั่วไหล” ออกจากดาวเคราะห์ จำนวนนิวตรอนที่ตรวจพบขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่อนุภาคจะ “บินขึ้น” และไปถึงนิวตรอนสเปกโตรมิเตอร์ของยานอวกาศ ดังนั้น ยิ่งอายุขัยของนิวตรอนสั้นเท่าใด นิวตรอนที่อยู่รอดนานพอที่จะไปถึงเครื่องตรวจจับก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

วีนัส ฟลายบายก่อนที่ MESSENGER จะเข้าสู่วงโคจร

ของดาวพุธ มันผ่านชุดของการบินผ่านของโลก ดาวศุกร์ และดาวพุธ ในระหว่างการบินผ่านดาวศุกร์ครั้งที่สอง เครื่องสเปกโตรมิเตอร์นิวตรอนของมันถูกเปิดขึ้นเพื่อตรวจสอบว่าเครื่องมือทำงานอย่างถูกต้อง ข้อมูลที่ใช้ในการศึกษานี้ ซึ่งตีพิมพ์ในPhysical Review Researchถูกถ่ายในระหว่างการเผชิญหน้าของดาวศุกร์และระหว่างการบินผ่านดาวพุธครั้งแรกของ MESSENGER

บรรยากาศของดาวศุกร์มีทั้งแบบธรรมดาและค่อนข้างสม่ำเสมอ โดยส่วนใหญ่เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ (96% โดยปริมาตร) และไนโตรเจน (ส่วนที่เหลือส่วนใหญ่) เนื่องจาก MESSENGER ทำการสังเกตการณ์ช่วงความสูงเหนือพื้นผิวดาวเคราะห์ นักวิจัยจึงสามารถวัดว่าฟลักซ์นิวตรอนเปลี่ยนแปลงไปตามระยะทางอย่างไร

“พื้นฐานของการวัดของเราคือชุดของแบบจำลองการผลิตนิวตรอน การแพร่กระจาย และการตรวจจับในช่วง flybys เหล่านี้ซึ่งจำลองด้วยอายุที่แตกต่างกัน” Wilson อธิบาย “ยิ่งอายุขัยของนิวตรอนสั้นเท่าใด จำนวนนิวตรอนจะลดลงอย่างรวดเร็วตามระดับความสูง และแบบจำลองที่เหมาะสมกับข้อมูลมากที่สุดจะทำให้เรามีอายุยืน” “การทดลองขวดยักษ์”

นักวิจัยอธิบายว่าเทคนิคที่ใช้ยานอวกาศเป็นแนวคิดเหมือนกับการทดลองขวดขนาดยักษ์ ซึ่งใช้แรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์เพื่อจำกัดนิวตรอนไว้เป็นระยะเวลาที่เทียบได้กับอายุขัยของพวกมัน อย่างไรก็ตาม พวกเขาเน้นว่าความไม่แน่นอนอย่างเป็นระบบแตกต่างจากการวัดครั้งก่อนอย่างสิ้นเชิง พวกเขาโต้แย้งว่าสิ่งนี้อาจเป็นข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่ เนื่องจากสาเหตุที่เป็นไปได้มากที่สุดของความไม่ลงรอยกันระหว่างเทคนิคลำแสงและ (แบบธรรมดา) ของขวดคือการที่หนึ่งหรือทั้งสองประเมินต่ำเกินไปหรือพลาดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ

เซมิคอนดักเตอร์ที่เสริมสมรรถนะลิเธียม-6 เป็นเครื่องตรวจจับนิวตรอนความร้อนที่มีประสิทธิภาพงานนี้เป็นการสาธิตหลักการพิสูจน์ว่าแนวทางดังกล่าวเป็นไปได้อย่างน้อย Wilson บอกPhysics World อาจมีความคืบหน้ามากขึ้นโดยใช้ชุดข้อมูลสเปกโตรมิเตอร์นิวตรอนของดาวเคราะห์ดวงอื่น แต่เขาแนะนำว่าเส้นทางที่ดีที่สุดข้างหน้าคือการออกแบบเครื่องมือเฉพาะสำหรับภารกิจในอนาคตที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อวัดอายุนิวตรอนจากวงโคจร 

เขาเสริมว่าดาวศุกร์เป็นตัวเลือกที่ดีในแง่นี้ ต้องขอบคุณบรรยากาศที่หนาแน่นและมวลขนาดใหญ่ที่ดักจับนิวตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ “สิ่งสำคัญที่รั้งการวัดของเราไว้คือเวลาสั้นๆ ที่ MESSENGER ใช้เวลาอยู่ที่ Venus (ประมาณ 45 นาที)” เขากล่าว “ถ้าเราสามารถอยู่ที่นั่นนานขึ้น เราสามารถปรับปรุงสถิติของการวัดและหลีกเลี่ยงการแนะนำระบบที่เกี่ยวข้องกับการใช้ข้อมูลจากยานอวกาศนี้”

Credit : berrychampdebataille.org buycoachfactoryoutlets.net canadagenerictadalafil.net canadapropeciageneric.net canadiangenericcialis.net