न्यूट्रॉनचे छुपे चुंबकत्व अखेर दिसले

एकटा न्यूट्रॉन टिकत नाही. त्याचा प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन आणि प्रति-न्यूट्रिनोमध्ये क्षय होतो: हा बीटा क्षय, संपूर्ण अणुकेंद्रकीय भौतिकशास्त्रात आढळणाऱ्या प्रक्रियेचे सर्वात साधे रूप. मुक्त न्यूट्रॉनभोवती कोणतेही अणुकेंद्रक नसल्याने, त्याचा क्षय अणुकेंद्रकीय मोजमापांना गुंतागुंतीचे करणाऱ्या किचकट दुरुस्त्यांपासून मुक्त असतो.

1950 च्या दशकातील एक भाकीत

दुर्बल बलाच्या सिद्धांतात, संरक्षित सदिश प्रवाह (conserved vector current) नावाचे तत्त्व दुर्बल परस्परक्रियेचा एक भाग विद्युतचुंबकत्वाशी जोडते. गेल-मान यांनी मांडलेल्या त्याच्या वैशिष्ट्यपूर्ण भाकितांपैकी एक म्हणजे दुर्बल चुंबकत्व: विद्युतचुंबकीय प्रवाहाप्रमाणेच दुर्बल बलातही चुंबकत्वासारखे एक पद असते. त्याची ताकद, g_M अशी लिहिली जाते, प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनच्या चुंबकीय आघूर्णांवरून निश्चित होते. भाकीत केलेले मूल्य 4.71 आहे.

ली, मो आणि वू यांच्या एका अभिजात चाचणीपासून सुरुवात करून, काही अणुकेंद्रकीय क्षयांमध्ये दुर्बल चुंबकत्व दिसले आहे. पण मुक्त न्यूट्रॉनच्या क्षयात, म्हणजे सर्वात स्वच्छ स्थितीत, ते कधीच थेट मोजले गेले नव्हते.

दोन अज्ञात, एक मोजमाप

अडचण अचूकतेची नाही. सर्वाधिक संवेदनशील राशी म्हणजे बीटा असममिती: न्यूट्रॉनच्या फिरकीच्या (spin) सापेक्ष इलेक्ट्रॉन सर्व दिशांना सारख्या प्रमाणात उडत नाहीत. दुर्बल चुंबकत्व ही असममिती सुमारे 1.4% ने बदलते, जे सर्वोत्तम प्रयोग PERKEO III च्या अचूकतेच्या आठ पट आहे.

पण असममिती एका दुसऱ्या संख्येवरही अवलंबून असते, λ, म्हणजे क्षयाच्या दोन मुख्य युग्मनांचे (couplings) गुणोत्तर. एकच मोजमाप या दोघांना वेगळे सांगू शकत नाही. म्हणून प्रयोगकर्त्यांनी दुर्बल चुंबकत्व त्याच्या भाकीत मूल्यावर स्थिर ठेवले आणि असममिती वापरून λ मोजले.

कोंडी फोडताना

Miriam Camarasa-Domene, Martín González-Alonso (IFIC, व्हॅलेन्सिया) आणि Martín Novoa-Brunet (IFIC आणि IFAE, बार्सिलोना) λ दुसरीकडून घेतात. चांगल्या प्रकारे मोजलेल्या दोन राशी स्वतःच ते निश्चित करतात:

न्यूट्रॉनचे आयुष्य, पार्टिकल डेटा ग्रुपच्या निवडीनुसार 878.36 सेकंद;
फक्त दुर्बल बलाच्या सदिश भागातून घडणाऱ्या विशिष्ट अणुकेंद्रकीय क्षयांचे “Ft मूल्य”, 3,070.01 सेकंद.

त्या r_n τ_n (1 + 3λ²) = 2 Ft या संबंधाने बांधलेल्या आहेत, ज्यावरून λ = −1.27598 मिळते. λ निश्चित झाल्यावर, असममितीची मोजमापे दुर्बल चुंबकत्व उघड करण्यासाठी मोकळी होतात.

5.1 सिग्मा

निकाल: g_M = 4.47 ± 0.87, 4.71 या भाकिताशी सुसंगत. दुर्बल चुंबकत्व नसलेले जग (g_M = 0) 5.1 सिग्मा पातळीवर वगळले जाते, 5 सिग्माच्या उंबरठ्याच्या वर. लेखक याला मुक्त न्यूट्रॉनच्या क्षयातील दुर्बल चुंबकत्वाचे पहिले निरीक्षण म्हणतात.

λ विरुद्ध g_M या प्रतलातील लंबवर्तुळाकार विश्वास-समोच्च रेषा, आणि खाली सुमारे 4.5 भोवतीचे प्रोफाइल दाखवणारा अन्वस्त.

एकत्रित निर्बंध: लाल पट्टा आयुष्य आणि Ft वरून येतो, निळा पट्टा असममितीवरून; त्यांचा छेदबिंदू g_M निश्चित करतो, शून्यापासून (ठिपक्यांची रेषा) दूर आणि भाकिताच्या (तुटक रेषा) जवळ. — Figure 1, Camarasa-Domene, González-Alonso & Novoa-Brunet (2026), arXiv:2610.26792, CC BY 4.0.

न्यूट्रॉन डेटा अंतर्गत विसंगतींसाठी ओळखला जातो, जुन्या आणि नव्या असममिती-मोजमापांमध्ये आणि आयुष्य मोजण्याच्या दोन पद्धतींमध्ये. म्हणून गटाने डेटाच्या वेगवेगळ्या निवडींसह विश्लेषण पुन्हा केले. सार्थकता 5.0 ते 6.1 सिग्माच्या दरम्यान राहते, आणि फक्त आधुनिक, परस्परसुसंगत असममिती-मोजमापे वापरल्यास 6.1 पर्यंत चढते. लेखकांपैकी एकाने सह-स्वाक्षरी केलेल्या आधीच्या एका जागतिक जुळवणीत (global fit) 3 सिग्माचा संकेत मिळाला होता.

असममितीचे ऊर्जेवरील अवलंबित्व मदत करू शकेल का, हेही त्यांनी तपासले. सध्याच्या अचूकतेवर ते मोजमापात फक्त काही टक्क्यांनीच सुधारणा करेल.

पुढच्या पायरीसाठी तीन तरफा

तीन आदाने — असममिती, आयुष्य आणि अणुकेंद्रकीय Ft मूल्ये — उरलेल्या अनिश्चिततेत जवळजवळ सारखाच वाटा उचलतात. या तिघांपैकी कोणत्याही एकाची नवी मोजमापे, किंवा अणुकेंद्रकीय दुरुस्त्यांची अधिक चांगली गणना, या पहिल्या दर्शनाचे रूपांतर प्रमाणित प्रतिमानाच्या (Standard Model) अचूक चाचणीत करेल. तिन्ही आघाड्यांवर काम आधीच सुरू आहे.