O nêutron e seu papel na cosmologia e na física de partículas

Experimentos com nêutrons frios e ultrafrios alcançaram um nível de precisão tal que problemas muito além da escala do modelo padrão atual da física de partículas tornam-se acessíveis à investigação experimental. Devido aos laços estreitos entre a física de partículas e a cosmologia, esses estudos também permitem um olhar profundo sobre as primeiras instâncias do nosso Universo. O problema da bariogênese, o mecanismo por trás da evidente dominância da matéria sobre a antimatéria no Universo, é abordado neste artigo, tanto na teoria quanto no experimento. A questão de como a bariogênese pode ter ocorrido está aberta a testes experimentais, e descobrimos que este problema pode ser contido pelos limites muito rigorosos sobre um momento dipolar elétrico do nêutron, uma quantidade que também tem implicações profundas para a física de partículas. Em seguida, a recente observação espetacular da quantização do nêutron no campo gravitacional da Terra e das transições de ressonância entre tais estados de energia gravitacional é discutida. Essas medições, juntamente com novas avaliações de dados de espalhamento de nêutrons, impõem novas restrições às desvios da lei gravitacional de Newton na escala de picômetros. Tais desvios são previstos em teorias modernas com dimensões extras que propõem a unificação da escala de Planck com a escala do modelo padrão. Esses experimentos começam a fechar a ``janela de axions'' remanescente sobre novas forças dependentes de spin na faixa submilimétrica. Outro tema principal são os parâmetros de interação fraca em vários campos da física e astrofísica que devem ser todos derivados de dados medidos de decaimento de nêutrons. Até agora, cerca de 10 observáveis diferentes de decaimento de nêutrons foram medidos, muito mais do que o necessário no modelo padrão eletrofraco. Isso permite diversos testes precisos para novas física além do modelo padrão, competindo ou superando testes similares em alta energia. A revisão termina com uma discussão sobre os dados de nêutrons e nucleares necessários na síntese dos elementos durante os ``primeiros três minutos'' e posteriormente na nucleossíntese estelar.