Коли ми дивимося на нічне небо, ми бачимо Всесвіт таким, яким він був колись. Ми знаємо, що раніше Всесвіт був теплішим і щільнішим, ніж зараз.
Коли ми дивимося досить далеко в «глибини» Всесвіту, ми бачимо мікрохвильовий слід від Великого Вибуху, відомий як космічний мікрохвильовий фон (cosmic microwave background). Це випромінювання — межа того, що ми можемо побачити з ранніх етапів існування нашого всесвіту. Фактично цей фон позначає протяжність спостережуваного нами Всесвіту.
Космічний фон, який ми спостерігаємо, походить із часу, коли Всесвіту було вже близько 380 000 років. Ми не можемо прямо спостерігати, що було до цього. Більша частина раннього періоду існування Всесвіту досить добре зрозуміла, бо ми знаємо фізику процесів тих часів, але найперші миттєвості після Великого Вибуху досі є загадкою. Згідно із стандартною космологічною моделлю, в найперші моменти Всесвіт був таким гарячим і щільним, що навіть фундаментальні сили діяли інакше, ніж зараз. Щоб дізнатися про те, яким був Всесвіт одразу після Великого Вибуху, нам треба краще зрозуміти ці сили.
Одна з найважчих для розуміння сил — слабка сила. На відміну від більш знайомих сил, таких як гравітація та електромагнетизм, слабка головно проявляє себе через ефект радіоактивного розпаду. Отже, ми можемо вивчати слабку силу, вимірюючи швидкість розпаду частинок. Але є проблема, коли справа доходить до нейтронів.
Разом з протонами, нейтрони складають ядра атомів, які ми бачимо навколо нас. Усередині атомного ядра нейтрони можуть бути надзвичайно стабільними. Але коли нейтрон перебуває у вільному стані, він зазвичай розпадається за лічені хвилини. Швидкість розпаду нейтронів, як правило, визначається в термінах його напіврозпаду. Тобто час, коли ймовірність розпаду нейтрона становить приблизно 50/50.
Існує кілька способів вимірювання періоду напіврозпаду нейтронів, наприклад, вимірювання пучка нейтронів або їх охолодження та утримання в магнітній пляшці. Але ці різні методи дають різні результати для періоду напіврозпаду. Хоча, зрозуміло, методи мають дати той самий результат. Метод пучка променів дає час життя 888 секунд, а метод пляшки дає 879 секунд. Можливо, є якась систематична помилка в методах, але ця невідповідність — це проблема для фундаментальної фізики.
Схема, що ілюструє спосіб визначення часу життя нейтронів за допомогою космічного зонда NASA Lunar Prospector. Фото з сайту www.universetoday.com.
Тепер в новому дослідженні виміряно час розпаду нейтронів третім способом, використовуючи космічний зонд, що обертається навколо Місяця.
Безповітряну поверхню Місяця постійно бомбардують космічні промені. Іноді космічний промінь відштовхує нейтрон від поверхні Місяця. Оскільки нейтрон віддаляється від Місяця, то він має ймовірність розпаду. Науковці використовували зонд NASA Lunar Prospector для підрахунку кількості нейтронів на різних орбітальних висотах. На підставі цього, вони розрахували час життя нейтронів у 887 секунд.
Результат недостатньо точний, щоб вирішити проблему розпаду нейтронів, але він показує, що ми можемо використовувати космічний апарат для отримання дуже точних результатів. Досить точно, щоб майбутні місії могли вирішити найслабшу ланку ранньої космології.
За інф. з сайту www.universetoday.com
