Si miras el cielo nocturno, puedes ver el universo tal como es.Sé que en el pasado el universo era más cálido y denso que ahora.Si miras lo suficientemente profundo en el cielo, puedes ver los restos de microondas del Big Bang, conocido como el fondo cósmico de microondas.Representa los límites de lo que podemos ver.Marca la extensión del universo observable desde nuestro punto de vista.
El fondo cósmico que observamos comienza cuando el universo ya tiene unos 380.000 años.No podemos observar directamente lo que sucedió antes de eso.Aunque gran parte del período inicial se comprende bastante bien dado lo que sabemos sobre física, los primeros momentos del Big Bang siguen siendo un misterio.Según el modelo estándar, los momentos iniciales del universo son demasiado calientes y densosla fuerza fundamental del universoActué de manera diferente a como lo hago ahora.Para entender mejor el Big Bang, necesitamos entender mejor estas fuerzas.
Una de las fuerzas difíciles de entenderpoder débil.Al contrario de las fuerzas familiares como la gravedad y las fuerzas electromagnéticas, las débiles aparecen principalmente como resultado de la desintegración radiactiva.Entonces podemos estudiar las fuerzas débiles midiendo la velocidad a la que las cosas se descomponen.Pero cuando se trata de neutrones, hay un problema.
Junto con los protones, los neutrones forman el núcleo de los átomos que vemos a nuestro alrededor.En el núcleo de un átomo, los neutrones pueden ser extremadamente estables.Sin embargo, cuando los neutrones existen solos, generalmente se desintegran en minutos.La tasa de decaimiento de un neutrón generalmente se expresa en términos de su vida media.Es decir, el tiempo de decaimiento del neutrón es aproximadamente 50/50.Técnicamente miden una cantidad relacionada conocida como tiempo de vida de los neutrones, pero la idea es la misma.
Hay varias formas de medir la vida media de los neutrones, como medir un haz de neutrones o enfriarlo y encerrarlo en una botella magnética, pero estos métodos diferentes dan resultados diferentes para la vida media.El método debería dar el mismo resultado, pero no es así.El método del haz proporciona una vida útil de 888 segundos, mientras que el método de la botella proporciona 879 segundos.Puede haber algunos errores sistemáticos en el método, pero esta inconsistencia es una cuestión de física básica.Pero el nuevo estudio utiliza una nave espacial en órbita lunar para medir la descomposición de neutrones de una tercera manera.
La superficie lunar sin aire está constantemente expuesta a los rayos cósmicos.A veces, las naves espaciales expulsan neutrones de la superficie lunar.Es más probable que los neutrones se desintegren a medida que se alejan de la luna.Entonces, el equipo usó el satélite Lunar Prospector de la NASA para contar la cantidad de neutrones en varias alturas orbitales.A partir de esto, la vida útil de los neutrones se calculó en 887 segundos.
Los resultados no son lo suficientemente precisos para resolver el problema de la descomposición de los neutrones, pero muestran que se pueden obtener resultados muy precisos utilizando rayos cósmicos.Es lo suficientemente preciso para que futuras misiones resuelvan el eslabón más débil de la cosmología primitiva.
referencia:Wilson, Jack T., et al.“Medición de la vida útil de los neutrones libres utilizando un espectrómetro de neutrones en la misión Lunar Prospector de la NASA.”Revisión física C 104.4 (2021): 045501.