В свежей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, учёные предложили возможное объяснение одной из проблем современной физики элементарных частиц, связанной с распадом нейтрона. По их мнению, проблема может быть решена, если предположить, что время от времени нейтрон распадается с рождением частиц тёмной материи.
Нейтрон — одна из двух частиц, из которых состоят ядра всех атомов. Однако отдельно от ядра нейтрон может существовать лишь около 14,5 минут, после чего распадается с образованием протона, электрона и сверхлёгкой частицы нейтрино.
Точное время жизни нейтрона, однако, неизвестно, поскольку два различных метода его измерения дают немного отличающиеся результаты. Эта проблема в физике элементарных частиц известна как проблема времени жизни нейтрона.
В первом типе экспериментов, которые называют «бутылочными», учёные помещают ультрахолодные нейтроны в ловушку и считают, как их количество меняется со временем. Во втором же типе экспериментов — «лучевых» — создаётся нейтронный луч, а затем определяется количество протонов, которое появляется в нём со временем. Измеренное время жизни нейтрона в луче оказывается где-то на 9 секунд больше, чем в бутылке.
Источником различия в двух методах может быть некая неучтённая погрешность измерения. Но возможно, что это несоответствие указывает на какую-то неизвестную пока физику. В свежей работе два теоретика из Калифорнийского университета в Сан-Диего показали, что проблему можно решить, если предположить, что в одном случае из 100 нейтрон испускает не электрон и нейтрино, а частицу тёмной материи и фотон.
Действительно, если это так, что в лучевых экспериментах мы будем видеть меньше протонов, чем распалось нейтронов, то есть будет казаться, что нейтроны живут дольше, чем показывают измерения.
Воодушевлённые этой идеей экспериментаторы из Лос-Аламосской национальной лаборатории попытались обнаружить гамма-фотоны от гипотетического распада нейтрона в бутылочном эксперименте. Они измеряли сигнал в диапазоне энергии фотонов от 782 до 1664 кэВ, но ничего не увидели (эта статья пока что опубликована только в виде препринта на сайте arxiv.org). Это, однако, не отменяет полностью идею, поскольку возможны и другие варианты распадов. Проверить их предполагается в будущем.
Читайте также
Почему мы поверили в тёмную материю?
Шесть причин следить за достижениями нейтринной физики
Подписывайтесь также на мой канал в Telegram!