Нейтрон скоро будет мощнее, чем когда-либо

Нейтроны играют важную, но часто упускаемую из виду роль в квантовой сфере. В отличие от заряженных частиц, они не имеют электрического заряда и не мчатся с огромной скоростью. Интересно, что они даже не учитываются в атомных номерах, хотя вносят значительный вклад в массу атома.

Фото: https://promdevelop.com/

Тем не менее, их важность невозможно переоценить. Без нейтронов существование всего сущего было бы невозможно. Нейтроны позволяют упаковывать протоны, которые обычно отталкиваются друг от друга, в ядро, образуя атом — строительный блок почти всей материи. (Однако в водороде один протон не нуждается в нейтроне, чтобы уравновесить его).

Польза нейтронов

Нейтроны не только жизненно важны, но и невероятно полезны. На самом деле, они настолько ценны и универсальны, что в настоящее время в Швеции строится исследовательская установка, известная как Европейский источник распыления (ESS). Основная цель этой установки заключается в изучении различных научных применений нейтронов путем генерации пучка этих частиц для исследовательских целей.

ESS получил свое название от ключевого процесса, связанного с использованием нейтронов в научных целях — распыления. Этот процесс подразумевает бомбардировку атомных ядер высокоэнергетическими частицами, что дестабилизирует атомы и заставляет некоторые нейтроны вырваться на свободу. Свободные нейтроны также образуются при взаимодействии космических лучей с нашей атмосферой, а также в результате естественной радиоактивности на Земле.

Исследования

Как только эти нейтроны освобождаются, становится возможным широкий спектр научных исследований. Конкретные цели исследований зависят от приборов, используемых на ESS. Когда установка будет введена в эксплуатацию, в ней будут размещены 15 нейтронных приборов, каждый из которых уникальным образом предназначен для использования потенциала нейтронов.

Например, один прибор будет сфокусирован на визуализации — усовершенствованной форме рентгеновской визуализации. Правильно направляя пучок свободных нейтронов, можно проникать в объекты и видеть их насквозь. Хотя само по себе это не может показаться революционным, уникальные свойства нейтронов позволяют наблюдать различные особенности по сравнению с рентгеновскими лучами. Более того, во многих случаях нейтронная визуализация может быть выполнена без нанесения повреждений, что делает ее крайне важной для изучения таких деликатных артефактов, как древние свитки.

Возможно, самая захватывающая перспектива заключается в том, что через несколько лет после того, как ESS начнет работать и будет усовершенствована, установка начнет поиск момента, когда нейтрон превращается в свой аналог антиматерии.

"Если наблюдать нечто подобное, — заметила Валентина Санторо, физик частиц из ИСС, — можно понять одну из самых больших неразгаданных тайн: Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии".

"Достаточно одному нейтрону превратиться в антинейтрон, и все — вы открыли процесс перехода материи в антиматерию", — добавила Санторо.

Пока мы ждем начала работы ESS, запуск которого ожидается в 2027 году, а последующие эксперименты с антиматерией запланированы на более поздний период, нейтрон скоро покажет, почему его никогда не следует недооценивать.