Физики давно пытались выяснить, как долго может существовать нейтрон вне атомного ядра. На этот вопрос пытаются ответить теоретики из США. Они разработали сложный эксперимент для обнаружения частицы, которую еще никто не наблюдал. Если бы он был найден, то этот так называемый зеркальный нейтрон мог бы объяснить расхождение между результатами прошлых экспериментов и стал бы первым наблюдением темной материи. Однако предполагаемый зеркальный нейтрон так и не был обнаружен.
Ядро атома состоит из нейтронов и протонов. Однако они могут существовать и вне ядра. В прошлом году ученые провели самое точное измерение продолжительности жизни нейтрона до того, как он распадется или станет протоном, электроном или антинейтроном. Ответ — 877,8 секунды плюс-минус 0,3 секунды, или меньше 15 минут — указывает на трещину в стандартной модели физики элементарных частиц.
— Время жизни нейтрона — важный параметр в стандартной модели, потому что он используется для расчета матрицы смешивания кварков, которая описывает скорость распада кварков, — сказал Фрэнк Гонсалес из Окриджской национальной лаборатории, соавтор исследования. — Если кварки не смешиваются, как мы ожидаем, это указывает на новую физику, выходящую за рамки стандартной модели.
Чтобы измерить время жизни свободного нейтрона, ученые используют два подхода, которые должны дать один и тот же результат. Однако эксперименты показали, что это не так — результаты разные. Объяснить это несоответствие физики пытаются уже много лет, пишет Phys.org.
Команда ORNL первой начала искать нейтронные колебания в зеркальных нейтронах — двойниках темной материи нейтронов — используя новую технику исчезновения и регенерации. Пучок нейтронов направляется на магнитный рефлектометр, усиливающий колебания между состояниями нейтрона. Затем луч попадает на стенку из карбида бора, которая поглощает нейтроны. Если нейтрон на самом деле колеблется между нормальным состоянием и зеркальным состоянием, то, когда нейтронное состояние ударяется о стену, он будет взаимодействовать с атомным ядром, и стена поглотит его. Но если она находится в зеркальном состоянии, это темная материя, которая не будет взаимодействовать. Таким образом, через стену как портал проходят только зеркальные нейтроны.
Результаты эксперимента показали, что все 100% нейтронов через стенку не прошли, признаков регенерации нейтронов обнаружено не было. Однако результат важен для физики элементарных частиц, поскольку позволяет сосредоточиться на других, более многообещающих гипотезах. И приблизиться к раскрытию тайны свободных нейтронов.
Группа физиков из Лаборатории ядерной физики Массачусетского технологического института и других научных учреждений обнаружила чрезвычайно редкие Х-частицы в кварк-глюонной плазме, создаваемой Большим адронным коллайдером ЦЕРН. Эксперимент имитировал самые первые моменты рождения нашей Вселенной после Большого Взрыва.