在原子核之外，中子迅速衰變成其他粒子，平均壽命 τn大約 15 分鐘。獲取精確值 τn對我們對宇宙的理解具有潛在的深遠影響，因為它提供了一種方法來測試與粒子物理學、天文學和宇宙學相關的物理定律的重要細節。現在，透過在新墨西哥州，洛斯阿拉莫斯中子科學中心的一項實驗， UCN τ 協作實現了最精確的測量 τn迄今為止，在 877。75 秒，總不確定度為 0。039%，該測量的不確定度不到之前最佳實驗的一半。

新的測量是使用所謂的瓶子實驗進行的，其中一個陷阱充滿了已知數量的超冷中子。透過計算某個時間間隔後剩餘的中子數量，可以計算出中子衰變率，從而計算出平均中子壽命。執行這種測量的挑戰之一是中子壽命長。儘管 15 分鐘似乎是一個可控的時間間隔，但要在實際時間內實現足夠數量的衰減以達到所需的統計精度，則需要限制大量粒子。進一步的挑戰包括減慢或慢化中子。

在 LANSCE 進行的早期測量中，這些挑戰在一定程度上得到了解決，但新實驗將這些影響產生的不確定性降低到前所未有的低水平。研究人員使用了一種類似於他們之前的實驗的設定，其中大約 180 neV 的 UCN 被極化，以便它們在被送入磁引力陷阱之前尋找磁場最小值 ，一個由永磁體排列的開頂碗所謂的 Halbach 陣列。然後 UCN 樣品被“清潔”，這意味著具有最高能量的粒子要麼被硼 10 塗層的 ZnS 表面捕獲，要麼被散射出陷阱。這種清潔過程對於確保陷阱只包含最低能量的 UCN 很重要，這些 UCN 在儲存期間幾乎沒有逃逸的機會。任何逃逸的中子都可能導致確定 τn。 清潔後，UCN 將在捕集阱中儲存 20-1550 秒，然後進行計數。

新研究與之前的實驗不同，在中子源和儲存期開始之前儲存 UCN 的陷阱之間增加了一個緩衝體積。該緩衝器透過最大限度地減少源波動的影響來使 UCN 的能量分佈平坦，並且它用作額外的清潔階段。

另一個區別出現在儲存期結束時。而其他 UCN 瓶實驗將 UCN 從陷阱中傾倒出來，以便它們可以在單獨的檢測器中進行計數，而 UCN τCollaboration 使用可以分階段降低到陷阱中的原位探測器。這種技術不僅消除了在 UCN 被傳輸到探測器時發生損失的可能性，而且還允許團隊透過在不同高度進行測量來繪製 UCN 的能量和軌跡。此附加資訊提供了一種檢查系統粒子損失的方法。

這 UCN τ研究人員還改進了他們分析資料的方式。在他們的最新研究中，他們使用三個獨立的盲法分析來減少所有系統影響、異常執行條件和非物理資料點以及統計偏差的影響。每個分析決定 τn透過兩種不同的方法：“配對”分析，平均短期和長期儲存時間執行，以及“全域性”分析，它對所有獲取的資料使用最大似然擬合。比較盲法分析的結果，只有在三個 τn值在 0。1 秒內一致。最終結果為 τn 來自三個分析的中心值的未加權平均值。

由於這些實驗和分析改進，研究人員已經能夠將所有已知系統學的影響降低到必須應用的少數校正小於實驗的整體不確定性的水平。由此產生的精度可以幫助塑造我們最基本的理論。例如，由於大爆炸核合成，中子壽命是用於計算早期宇宙中氦，丰度的輸入之一。因此，將 BBN 計算與天文觀測相結合提供了對新物理學的有力探索。

分析 τn結合中子β衰變的其他性質也可用於測試標準模型。例如，這種分析可以幫助減少弱軸向量耦合常數值的不確定性，該值控制涉及帶電弱相互作用的過程，包括 BBN、中子星形成、太陽聚變和（反）中微子探測。標準模型預測該引數與向量耦合常數一起完全描述了這種相互作用，而一些超標準模型理論需要額外的標量和張量項，這反過來會影響 τn。 組合分析還可以確定描述弱相互作用的重要引數，稱為夸克混合矩陣元素 伏ü d。 目前的最佳價值 伏ü d來自觀察一組涉及複雜核的核β衰變，但這種推導需要核結構校正。這些校正對於自由中子衰變是不必要的，因此從 τn可能更可靠。這 UCN τ 合作的新結果意味著自由中子測定 伏ü d 幾乎可以與來自超容許核衰變的那些產生競爭，這為物理學家尋求新物理學提供了另一個途徑。

儘管這一結果令人印象深刻且重要，但應該指出的是，提高的精度不足以解決影響中子壽命測量的揮之不去的差異。像這樣的瓶子實驗 UCN τ 計算剩餘中子的協作只是一種測量方式 τn。 這個值也可以透過觀察冷中子束中中子β衰變的產物來測量。平均而言，這些光束實驗產生了一個值 τn大約比瓶子實驗所指示的長 8 秒。就其本身而言， UCN τCollaboration 的新結果並沒有縮小這一差距，兩種型別實驗的不確定性已經遠小於 8 秒。消除差異將需要新的補充測量，例如使用光束法的測量、結合光束和瓶子方法的測量，甚至是新的基於空間的技術。幸運的是，許多實驗正在進行或正在開發中來做到這一點。