Вже майже століття вчені намагаються з’ясувати: скільки живе вільний нейтрон до того, як він розпадеться? І зараз ми, можливо, стоїмо на порозі вирішення цієї загадки.

Знайдено відповідь на важливе питання, але, як це часто буває у науці, просте пояснення може вказувати на глибокі проблеми в нашому розумінні фундаментальних частинок Всесвіту. Це відкриття здатне перевернути закони Всесвіту або, принаймні, наші знання про них, пише Econews.

З чого почалася загадка часу життя нейтрона?

Все почалося у 1932 році, невдовзі після відкриття нейтрона. З того часу науковці невпинно працюють над вимірюванням часу розпаду нейтрона, коли він не пов’язаний в ядрі атома.

Це вимірювання, відоме як “час життя нейтрона”, має вирішальне значення не лише для ядерної фізики, але й для розуміння формування перших хімічних елементів у перші хвилини після Великого вибуху. Фактично, воно допомагає зрозуміти устрій Всесвіту.

Для цього було розроблено два основні експериментальні методи:

• Потоковий метод: пучки нейтронів спрямовуються в установку, де підраховується кількість утворених протонів.
• Пляшковий метод: ультрахолодні нейтрони утримуються в “пастках”, і через певний час підраховується кількість тих, що не розпалися.

Основна складність полягає в тому, що ці методи дають різні результати, що призвело до однієї з найбільших загадок сучасної фізики: розбіжності у вимірюванні часу життя нейтрона. За “потоковим” методом середній час життя становить 888 секунд, а за “пляшковим” – 878 секунд. Різниця у 10 секунд може здатися незначною, але у фізиці елементарних частинок це величезна розбіжність.

І ось, через століття, фізик Юджин Окс запропонував нове пояснення у своєму дослідженні. Його ідея може пролити світло на цю давню проблему.

Зв’язок з воднем і темною матерією

Окс припускає, що у незначній кількості випадків нейтрон розпадається не на три частинки (протон, електрон і антинейтрино), як вважалося раніше, а лише на дві – нейтрино та екзотичний атом водню (не той, що називають “зеленим” у США). Цей атом був би невидимим, оскільки не взаємодіє зі світлом і не виявляється традиційними детекторами.

Окс навіть запропонував назву для цієї частинки – “другий тип” водню. У цьому випадку електрон перебував би дуже близько до протона, що унеможливлює випромінювання або поглинання світла. Іншими словами, це темний атом, який неможливо виявити за допомогою приладів, що використовують електромагнітне випромінювання.

Ця гіпотеза може пояснити завищені значення часу життя нейтрона, отримані потоковим методом, оскільки він не враховує ці “невидимі розпади”. Обчисливши частоту таких розпадів за допомогою модифікованого рівняння Дірака, Окс дійшов висновку, що вони можуть становити до 1% випадків, чого достатньо для усунення розбіжності між методами.

Вплив на закони Всесвіту

Хоча “невидимі” атоми водню не взаємодіють зі світлом, вони мають масу і гравітаційне тяжіння, що робить їх ідеальними кандидатами на роль темної матерії. Окс стверджує, що цей другий тип водню може бути основною формою баріонної темної матерії, що складається зі звичайних частинок, таких як протони та електрони, але організованих у незвичайний спосіб.

Якщо ця гіпотеза підтвердиться, вона вирішить одну з найдавніших проблем фізики і запропонує елегантне пояснення темної матерії, без необхідності вигадувати нові гіпотетичні частинки.

Можливо, ми отримаємо шанс зрозуміти ті 85% Всесвіту, які залишалися невидимими, оскільки вони складаються з дивної темної матерії.

Інші наукові новини

Раніше повідомлялося про відповідь на питання, коли вимре людство, якщо припиниться народження дітей. Хоча цей сценарій малоймовірний, він би призвів до нестачі молодих людей працездатного віку.

Крім того, глобальне потепління може зіграти на руку російському та китайському флоту, оскільки підводним човнам стане легше ховатися в глибинах.

Вас також можуть зацікавити новини: