Что смерть нейтрона может рассказать о темной материи?

Ученые предполагают, что тайна продолжительности жизни нейтрона может быть раскрыта, если удастся доказать, что нейтроны иногда распадаются на частицы темной материи, невидимой субстанции, которая, как считается, составляет более четырех пятых всего вещества во Вселенной.

Наряду с протоном и электроном, нейтрон составляет большую часть видимой Вселенной. Без нейтронов сложные атомные ядра просто не могли бы быть стабильными. Но, выйдя за пределы атомного ядра, нейтрон распадется на протон, электрон и нейтрино в среднем через 15 минут, согласно существующим данным.

Хотя нейтрон был открыт более 80 лет назад, точное значение его среднего времени жизни остается открытым вопросом. Есть два разных способа измерения времени жизни нейтронов. В одном из них ученые помещают ультрахолодные нейтроны в бутылку и видят, сколько их осталось через определенное время.

В другом исследователи анализируют пучки нейтронов, чтобы увидеть, сколько распадается на протоны в данном пространстве и времени. Как ни странно, эксперименты с пучками предполагают, что среднее время жизни нейтрона составляет около 888 секунд, что примерно на 9 секунд дольше, чем у экспериментов с бутылками. "Когда время жизни нейтрона измеряется двумя разными подходами, а результаты различаются, у нас возникает кризис?", — сказал старший научный сотрудник Бенджамин Гринштейн, кафедра физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Исследователи предполагают, что примерно в 1 проценте времени, когда нейтроны распадаются, они производят частицы темной материи. Это может помочь объяснить одну из величайших загадок в науке. Существование частиц темной материи было предложено, чтобы помочь объяснить множество космических загадок. Например, почему галактики могут вращаться так быстро, как они видят, не разрываясь на части. Ученые в значительной степени исключили все известные обычные материалы в качестве кандидатов на темную материю. Поскольку эксперименты с пучком сфокусированы на нейтронах, распадающихся на протоны, они не могли объяснить возможную форму распада, которая производит частицы темной материи, и, таким образом, они дают другое время жизни нейтрона, чем эксперименты с бутылками.

"Было бы поистине удивительно, если бы старый добрый нейтрон оказался частицей, позволяющей нам исследовать сектор темной материи Вселенной", — сказал ведущий автор исследования Бартош Форнал, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Физики исследовали несколько различных сценариев "темного распада" для нейтронов, когда нейтроны распадаются на частицы темной материи и обычные компоненты, такие как гамма-лучи или электроны. "Предлагаемые нами новые частицы темны в том смысле, что, подобно темной материи, они слабо взаимодействуют с нормальной материей", — сказал Гринштейн.

Фото: photoblogs.ru