自由中子壽命短暫，兩種測量結果卻相差8秒鐘，為什麼？

自由中子壽命短暫，兩種測量結果卻相差8秒鐘，為什麼？

1932年，英國物理學家詹姆斯·查德威克首次發現了中子，併為此獲得諾貝爾獎。自由中子的壽命不到15分鐘。因為中子通過β衰變，化作一個質子、一個電子和一個反中微子，所以監測一束中子流，看看有多少質子，就能計算出中子的壽命。

圖1 中子衰變圖

2008年，法國和俄國科學家用保溫瓶儲存超冷中子，過一段時間後統計中子數量，聯合實驗結果是：878.5秒，正負1秒。30年來，美國馬里蘭州蓋瑟斯堡國家標準與技術研究所（NIST）和日本質子加速器研究中心（JPARC）用一個電磁陷阱誘導和圍捕質子流來測量中子平均壽命為885.4秒，正負3.1秒。“數中子”方法和“數質子”方法兩種相當精確的方法得出的結果卻相差近8秒。

對於人們來說，8秒算不了什麼。但對於醉心於數學計算的科學家來說，失之毫釐謬之千里。如果計算宇宙大爆炸之初的粒子活動，兩種計算結果就會大相徑庭。因為科學家們篤信，宇宙大爆炸20分鐘之內，嬰兒宇宙中的質子和中子是自由粒子。

2019年4月15日，《自然科研》網站撰文討論這一問題。在《中子能活多久？物理學家走近幾十年的難題》中引述了科學家的意見——“‘我們不知道為什麼它們會有所不同。’NIST的物理學家沙農·胡格海德說，‘我們真的需要理解並消除這種差異’。”

那麼究竟是什麼原因造成了這兩種不同的測量結果呢？我認為，是速度，是中子的速度。

用一個保溫瓶儲存超冷中子，過一段時間後統計中子數量，測出中子的壽命是878.5秒。用一個電磁陷阱誘導和圍捕質子流測量的中子平均壽命為885.4秒。超冷中子的壽命比自由中子的壽命短8秒，是因為超冷中子的速度已經遠低於自由中子，其衰變的速度自然快一點。理解了這一點，就能理解有限的宇宙了。

與此相似的還有繆子。

至於數學計算應該用哪個數據？我認為，自由中子的壽命應該用885.4秒。但是，宇宙之初沒有自由質子和中子、電子，只有暗物質和氫原子。氫原子聚變才產生中子、質子、電子及其它粒子。