À l’aide des données acquises en 2007 et 2008 lors des survols de Vénus et de Mercure par le vaisseau spatial MESSENGER de la NASA, les chercheurs ont découvert que la durée de vie des neutrons était de 780 secondes.
Les rayons cosmiques qui frappent l’atmosphère de Vénus éjectent des neutrons qui s’envolent progressivement dans l’espace. Lorsque les neutrons se déplacent vers des altitudes plus élevées, plus de temps s’écoule et plus de neutrons se désintègrent de manière radioactive. MESSENGER a compté le nombre de neutrons observés à différentes altitudes, ce qui a permis aux chercheurs de repérer les endroits où le nombre de neutrons commence à diminuer. À l’aide de modèles, les chercheurs peuvent alors estimer la durée de vie des neutrons. Crédit image : Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.
“La durée de vie des neutrons libres constitue un test clé du modèle standard de la physique des particules, et elle affecte également les abondances relatives de l’hydrogène et de l’hélium formés au début de l’Univers, quelques minutes seulement après le Big Bang, ce qui a de vastes implications”, a déclaré le Dr Vincent Eke, un scientifique de l’Institute for Computational Cosmology de l’Université de Durham.
“Les méthodes spatiales offrent la possibilité de sortir de l’impasse entre les deux techniques de mesure terrestres concurrentes.”
Les neutrons se trouvent normalement dans le noyau d’un atome mais se désintègrent rapidement en électrons et protons lorsqu’ils se trouvent à l’extérieur de l’atome.
Les physiciens ont précédemment utilisé deux méthodes de laboratoire – la “méthode de la bouteille” et la technique du “faisceau” – pour tenter de déterminer la durée de vie des neutrons.
La méthode de la bouteille piège les neutrons dans une bouteille et mesure le temps nécessaire pour que leur radioactivité se désintègre. Elle suggère que les neutrons peuvent survivre en moyenne pendant 879 secondes.
La technique du faisceau, qui tire un faisceau de neutrons et compte le nombre de protons créés par la désintégration radioactive, donne environ 888 secondes.
Bien que cette différence puisse sembler minime, les scientifiques affirment que l’écart pourrait être énorme.
Comme le modèle standard de la physique des particules exige que la durée de vie des neutrons soit d’environ 879 secondes, tout écart par rapport à cette valeur provoquerait un changement fondamental dans notre compréhension de ce modèle.
MESSENGER transportait un spectromètre à neutrons pour détecter les neutrons libérés dans l’espace par les rayons cosmiques entrant en collision avec les atomes de la surface de Mercure, dans le cadre de recherches visant à déterminer l’existence d’eau sur la planète.
Sur son chemin, le vaisseau spatial a d’abord survolé Vénus, où il a recueilli des mesures de neutrons pour la toute première fois.
“Même si MESSENGER a été conçu à d’autres fins, nous avons pu utiliser les données pour estimer la durée de vie des neutrons”, a déclaré le Dr Jacob Kegerreis, de l’Institut de cosmologie computationnelle de l’université de Durham :
“Le vaisseau spatial a fait des observations sur une large gamme de hauteurs au-dessus des surfaces de Vénus et de Mercure, ce qui nous a permis de mesurer comment le flux de neutrons change avec la distance des planètes.”
À l’aide de modèles, les chercheurs ont estimé le nombre de neutrons que MESSENGER devrait compter à son altitude au-dessus de Vénus pour des durées de vie des neutrons comprises entre 600 et 1 020 secondes. Pour les durées de vie les plus courtes, moins de neutrons survivent assez longtemps pour atteindre le détecteur de neutrons de MESSENGER.
Ils ont trouvé que la durée de vie des neutrons était de 780 secondes, avec une incertitude d’environ 130 secondes provenant d’incertitudes statistiques et autres, comme le fait que le nombre de neutrons change au cours de la journée et l’incertitude sur la composition chimique de la surface de Mercure.
“C’est comme une expérience de grande bouteille, mais au lieu d’utiliser des murs et des champs magnétiques, nous utilisons la gravité de Vénus pour confiner les neutrons pendant des temps comparables à leur durée de vie”, a déclaré le Dr Jack Wilson, chercheur au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.
Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Research.
