První vyrobené ultracold neutrony

Nové poznatky o původu hmoty a antihmoty

V pulzním výzkumném reaktoru TRIGA Mainz jsou generovány velmi krátké toky neutronů (modré světlo). Vědci z Mainzské univerzity a Technické univerzity v Mnichově dokázali zpomalit neutrony, které měly zpočátku rychlost 2 km / s, na rychlost 5 m / s pomocí pevného deuteria. © University of Mainz
číst nahlas

Vědci z výzkumného reaktoru TRIGA z University of Mainz poprvé vyrobili ultracoldové neutrony v Německu. To vytváří předpoklady pro důkladné zkoumání částic, čímž se získají nové poznatky o původu hmoty a antihmoty.

„Trvalo nám to rok, ale nyní to fungovalo, “ říká profesor Jens Volker Kratz z Ústavu jaderné chemie o úspěšném experimentu, který se uskutečnil 11. ledna 2006. „Zaujímáme průkopnické postavení a najednou máme zcela nové výzkumné perspektivy, “ komentoval profesor Werner Heil z Fyzikálního ústavu.

Velmi chladné neutrony z montážní linky?

Ačkoli jiné výzkumné instituce v zahraničí již vytvořily ultrachladné neutrony, ale pouze v malém množství. Institut Laue-Langevin (ILL) v Grenoblu s konvenčním reaktorem v nepřetržitém provozu má výnos 30 ultracold neutronů na centimetr krychlový. Takzvaný pulzní reaktor pracuje efektivněji v Mainzově experimentu, který by měl dodávat až 1 000 ultrachlazených neutronů na krychlový centimetr. Zúčastnění vědci z Mainzu a Mnichova jsou nyní v čele závodu na výrobu většího množství ultrachladných neutronů. „To nám nabízí úplně jiné perspektivy pro další výzkum, “ říká Heil.

V institutu Paula Scherrera ve Švýcarsku, v Los Alamos a v japonském institutu se výroba ultrachladných neutronů stále pracuje na celém světě, i když v Los Alamos již bylo dosaženo jiných výsledků pomocí jiné techniky. „Jsme velmi optimističtí, že je možné desetinásobné zvýšení výnosu ve srovnání s 40 000 událostmi na impuls dosaženým u TRIGA Mainz, “ říká Norbert Trautmann z Ústavu jaderné chemie.

Deuterium zpomaluje neutrony

Neutrony jsou elementární částice, které jsou normálně vázány v atomovém jádru. Zevně jsou neutrální, ale mohou mít uvnitř asymetricky distribuovaný náboj, což vede k elektrickému dipólu. Pro výzkum se volné neutrony vyrábějí hlavně v jaderných reaktorech, jako v reaktoru Mainzer TRIGA. zobrazit

Pro výrobu ultracold neutronů jsou neutrony produkované v reaktoru zpomaleny svou rychlostí pomocí pevného deuteria, které bylo ochlazeno na teplotu minus 265 stupňů Celsia kapalným heliem, takže jsou uloženy a lze pozorovat. „Problém je v chlazení, protože reaktor během provozu generuje teplo, “ vysvětluje Heil. "V TRIGA máme tu výhodu, že tepelný příkon není tak velký."

TRIGA je výzkumný reaktor, který byl uveden do provozu zhruba před 40 lety na univerzitě v Mainzu. Je to čistý zdroj neutronů a není vhodný pro výrobu energie, protože poskytuje pouze malé množství energie v nepřetržitém provozu. Reaktor však může být pulzován a poté dodávat velmi vysoký výkon 250 000 kilowattů v takzvaném pulsním režimu, který je potřebný pro různé výzkumné projekty ústavu. V reaktorech TRIGA sestávají palivové články ze zirkonia, uranu a vodíku ve formě slitiny, přičemž vodík jako moderátor brzdí rychlé neutrony. V pulzním provozu teplota stoupne nad 300 stupňů Celsia a moderátor již nemůže zpomalit neutrony na tepelnou energii, takže se reaktor automaticky vypne.

„Ve společnosti TRIGA Mainz vyrábíme vysoký tok neutronů v milisekundách, aniž bychom vytvářeli velké teplo, “ vysvětluje Kratz výhodu jaderného reaktoru. Výsledné tepelné neutrony při rychlosti 2 200 metrů / s jsou dále zpomalovány v pevném deuteriovém konvertoru na rychlost 5 metrů / s při teplotách blízkých absolutní nule.

Nové poznatky o původu hmoty a antihmoty

Po úspěšné výrobě by měly být ultracold neutrony uloženy vedle cév, aby mohly být použity pro delší pozorování. Především se vědci z TU v Mnichově chtějí pokusit co nejpřesněji určit životnost neutronů - jejich poločas je asi deset minut.

Tým Mainz se zajímá hlavně o vlastnosti neutronů v elektrickém poli, tzv. Elektrický dipólový moment. To by mohlo umožnit učinit prohlášení o původu hmoty a antihmoty. Právě tato měření byla dříve omezena kvůli příliš malému množství ultrachladných neutronů.

"Pozorujeme pouze hmotu ve vesmíru, antihmota téměř neexistuje." Proč tomu tak je, pochopení elektrického dipólového momentu neutronu by mohlo poskytnout velmi důležité informace, “vysvětluje Heil.

(idw - University of Mainz, 02.02.2006 - DLO)