¿Cuál es el valor exacto de la vida útil de un neutrón?

Los neutrones libres son inestables. Se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino a través de la desintegración beta. ¿No podemos hacer un cálculo de la teoría cuántica de campos para predecir con precisión el ancho de decaimiento? Su inversa debería decirnos el tiempo de vida de los neutrones. Sin embargo, a veces escucho que el tiempo de vida es de 8 minutos, a veces escucho que es de 10 o 12 minutos. ¿Qué pasa aquí?

¿Cuál es el número calculado con precisión, si es calculable? Si el tiempo de vida realmente tiene una incertidumbre tan grande, ¿cuál es la razón de eso?

La desintegración de neutrones es probabilística al igual que la desintegración radiactiva . Podemos dar una vida media precisa , pero la vida de los neutrones individuales variará.
Entonces Γ − 1 ( norte → pag mi − v ¯ mi ) da la vida media donde Γ ( norte → pag mi − v ¯ mi ) Cuál es el ancho de decaimiento beta?
Si pudiera medir la energía total liberada, sería cierto, pero no podemos medir la energía del antineutrino, o al menos no con una precisión útil. Por lo tanto, es experimentalmente imposible determinar el ancho de la línea.
oído dónde? Wikipedia dice 881.5 s mi C . ¿Quiere decir calcular teóricamente o medir experimentalmente?
@Qmechanic No tengo ninguna fuente para citar. He escuchado a diferentes personas citando diferentes tiempos de vida de los neutrones. Nunca hice un cálculo de desintegración de neutrones, aunque calculé anchos de desintegración de piones y muones en la teoría cuántica de campos. ¿Tienes idea de dónde viene el número 881.5s? ¿Viene de poner valores experimentales a un decaimiento teórico con fórmula?
Para cálculos teóricos a nivel de árbol, consulte Griffiths, Introducción a las partículas elementales, sección 10.3.

Respuestas (1)

El Grupo de datos de partículas de 2018 da un valor de 880.2 ± 1.0 s para la vida útil de los neutrones libres, como promedio de las siete mejores mediciones.

Gráfico de vida útil de neutrones de PDG

Como puede verse, las medidas tienen intervalos de confianza que no se superponen. Como se discutió en (Wietfeldt 2014) los diferentes métodos experimentales no concuerdan en el valor.

Wietfeldt da la fórmula de la vida útil como

τ norte = ( 2 π 4 ℏ 7 metro mi 5 C 4 F R ) 1 GRAMO V 2 + 3 GRAMO A 2 .
F R es un factor de espacio de fase para el estado final y las correcciones radiativas, GRAMO V y GRAMO A son las constantes de acoplamiento del vector nucleon y del vector axial. GRAMO V = GRAMO F V tu d dónde GRAMO F es una constante de acoplamiento débil universal y V tu d es el primer elemento de la matriz CKM. Buenas medidas de τ norte ayudaría a determinar mejor los valores de estas constantes; estimaciones actuales de V tu d provienen de desintegraciones nucleares o piónicas.

Uno puede hacer cálculos teóricos usando diagramas de fuerza débil , pero tengo la sensación de que el valor numérico aún depende de muchas constantes medidas empíricamente.

Gracias por la respuesta. Tengo dos preguntas. 1. ¿Qué hacen en estos experimentos? Lo más sencillo sería comenzar con un grupo de neutrones libres en reposo y esperar hasta que el número de neutrones se reduzca a la mitad del valor inicial. Eso es todo. Eso le dará la vida media. Pero no sé si es posible organizar una configuración tan simple donde se puede comenzar con una gran cantidad de neutrones en reposo. ¿Es esto lo que hacen en estos experimentos? 2. La fórmula para la que escribiste τ norte es una fórmula obtenida teóricamente y no una fórmula empírica para ajustar las curvas experimentales. ¿Tengo razón?
@ mithusengupta123 - (1) Wietfeldt describe los métodos utilizados. El más común consiste en enviar un haz frío de neutrones a través de una trampa de Penning y contar el número de protones acumulados. En el método de la botella, los neutrones ultrafríos se mantienen en botellas y luego se cuentan. (2) Sí, la fórmula se deriva de la teoría.
Muchas gracias por las aclaraciones. Sólo uno más. τ norte se conoce como el tiempo de vida de los neutrones. ¿Es la vida media como sugirió John Rennie?
@ mithusengupta123 no, esa cifra de 880,2 segundos es la vida media . Para obtener la vida media, multiplique esto por en ⁡ ( 2 ) es decir, 610,0 segundos.
¿Cuál es el valor exacto de la vida útil de un neutrón?
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