一个自由中子的平均寿命有多长 877.75秒

此次研究中，科学家们利用高效超低温中子探测器，打造了一个如同“浴缸”的陷阱，用于探索中子的神秘之旅。

近日，一支由国际研究团队组成的物理学家们宣布了对中子寿命的最新、最精确的测量结果。在美国印第安纳大学伯明顿分校研究人员的引领下，这个跨越了美国国内外十余家国家实验室和大学的团队取得了非凡的成就。他们成功地将中子寿命的测量精度提升到了前所未有的水平，不确定性降低了超过0.1%。

长久以来，物理学家们一直在试图通过两种方法测量中子的寿命：瓶方法和束方法。这两种方法得出的结果一直存在分歧。如今，这个国际合作组采用瓶方法，为我们带来了迄今为止最准确的中子寿命数据。新的数据表明，中子的寿命为约14分半，且不确定度极低。

这项成果在最近的《物理评论快报》期刊上得到了报道，并且成为2021年美国物理学会核物理学秋季大会的核心议题。对中子寿命的测量对于理解早期宇宙元素的相对丰度等关键问题具有重大意义。此次研究不仅为中子寿命的测量设定了新的黄金标准，还为揭示宇宙的发展历程以及寻找亚原子宇宙模型中的潜在缺陷提供了关键线索。

实验过程中，科学家们利用洛斯阿拉莫斯国家实验室的中子科学中心超冷中子源产生中子。这些接近绝对零度的中子被捕获后，被置入一个如同“浴缸”的陷阱中。这个陷阱由约4000枚磁铁构成，让中子在磁场作用下悬浮。经过长达数十分钟的等待后，科学家们会数出剩余的中子数量。这个独特的陷阱设计可以长时间存储中子，为科学家们提供了大量数据点来精确测量中子寿命。同时这种方法的运用使中子的储存时间远超之前的设计，并且降低了对系统性修正的需求。在过去两年里，研究人员用这种方法观测了大约4000万个中子。这些宝贵的实验数据将有助于验证或推翻“卡比博-小林-益川矩阵”，这是一个关于亚原子粒子夸克的重要理论预测模型。同时这些成果还将帮助物理学家们探索新的物理观点，比如中子可能衰变为暗物质的理论，以及帮助我们理解首个原子核是如何形成的可能性。此外中子的衰变模型涉及到夸克特性的变化近期更精确的计算结果提出这一过程可能与先前预测有所不同最新中子寿命的测量结果将为解决这一问题提供独立评估的机会或成为新物理现象发现的关键证据。