「中子到底能活多久」

#話都給我講就好系列-28-20190426

科學家即將解決「中子到底能活多久」這個困擾已久的問題!這可是物理學的大事!同時也是製造出「Gundam Seed」中的「Neutron Jammer」(中子干擾器)技術的關鍵!可能跟宇宙中最神秘的「暗物質」有關!

以物理的術語來說,不是「活多久」,而是「半衰期」多長。所有的物質都是由原子構成,而原子又是由質子、中子、電子這三種基本粒子構成。比起電子與質子,中子是相當不穩定的粒子,如果把一堆中子放在一起,平均而言大約15分鐘會有一半發生衰變,變成一個質子、一個電子、外加一個「反微中子」,這個過程稱為「β衰變」。剩下的一半,再過15分鐘,又會有一半(也就是一開始的1/4)發生衰變,依此類推。但是如果就單一中子來講,它能活多久就很難說了,也可能下一個瞬間就衰變,也有可能活到天長地久(當然機率很低就是了)。稍微囉唆了點,不過所謂的「基本粒子活多久」,是這樣定義的,講的是半衰期。

那為什麼早在1932年就被發現的中子,也有各式各樣科技上的應用了,現在還搞不清楚它的半衰期是多少呢?原來是這樣,不同的實驗方法測量出來的中子半衰期,各自都量得滿準的,可是兩邊的結果卻不一致,所以讓物理學家很頭痛!

測量的方法主要有兩種,一種就是真的把一堆中子關在一個容器裡面,然後每隔一段時間就去數中子還剩幾個;另一種是持續射出中子束(neutron beam, 請用必殺技叫法:Neutron~~~BEEEEAAAAMMMMMM!!!!!),然後去數產生的質子數(β衰變的產物),兩種方法都可以推估出中子的半衰期。

Neutron~~~BEEEEAAAAMMMMMM!!!!!數質子的方法一作就作了三十年(物理學家的耐心真驚人),於2013年發表了結果:887.7秒(雙重87,不能再高了),誤差是正負 3.1 秒。另一個關瓶子數中子的方法「只」作了15年,結果於2008年發表,878.5,誤差正負1秒。

這下麻煩了。

雖然只差了九秒,但是卻遠在誤差容許範圍之外。而且以兩個實驗「單純」的程度,大家都想不出會是什麼理由造成這九秒的誤差。

一個可能是:有一邊實驗作錯了!不管是哪一邊錯,肯定會一群悲情的物理學家會哀嚎:把我的青春還給我~~~~

另一個可能是:中子的衰變比本來的瞭解更複雜,有可能又部分的中子衰變過程中,牽涉到「暗物質」。

在4月19日出版的「Nature」雜誌中有一篇文章對這個問題作了報導,宣告這個問題即將得到解答!

在美國的洛沙拉摩斯國家實驗室,設計了一個裝置,同時算殘存的中子以及產生的質子數目,這下總該一致了吧!

另一個是美國國家標準局(National Institute of Standards and Technology)與東海質子加速器研究中心(可惜不是我們東海大學,是位於日本的東海地區的機構,我好想要喔,政府給我錢~~~)將以更精密的方式測量Neutron~~~BEEEEAAAAMMMMMM!!!!!的質子數,希望能把誤差縮小到正負0.3秒。

在Gundam Seed中,由於「血色情人節」核子大戰的慘痛教訓,人類發明了中子干擾器讓所有的核子武器無效化,因為中子是核分裂連鎖反應所必須,而目前的核融合核子武器,也是靠核分裂所引爆,所以這個設定有其道理。只要讓中子迅速的衰變掉,的確可以讓核子武器失效,說不定用到的就是暗物質的黑科技喔!

Nature 報導:https://www.nature.com/articles/d41586-019-01203-9

#超中二物理系主任雜記
#等我征服世界就把粒子物理列為全人類必修
#中子衰變
#暗物質
#生命宇宙與萬事萬物什麼都馬跟物理有關
#話都給我講就好其之弐拾八

圖一:Gundam Seed兩帥哥之「騙點閱之術」
圖二:中子干擾器Neutron Jammer
圖三:預防中子輻射傷害,保護柔嫩肌膚,來點中子隔離霜吧!(反串要註明:這是Star Trek中著名的笑話,請勿當真)
圖四:洛沙拉摩斯國家實驗是的超低溫中子探測器,看起來超厲害 der

科學家即將解決「中子到底能活多久」這個困擾已久的問題!這可是物理學的大事!同時也是製造出「Gundam Seed」中的「Neutron...

東海大學應用物理系發佈於 2019年4月26日 星期五

分類: 原子和量子物理學, 話都給我講就好,標籤: , , 。這篇內容的永久連結

發表迴響

你的電子郵件位址並不會被公開。 必要欄位標記為 *