Есть один вопрос, которым ученые задаются вот уже сто лет: сколько времени живёт свободный нейтрон, прежде чем распадётся? И сейчас, вероятно, наконец-то пришло время ответить на него.
Ответ на загадку найден — но, как часто бывает в науке, простое объяснение может указывать на серьёзную проблему в нашем понимании фундаментальных частиц Вселенной. И это открытие может изменить все законы Вселенной — или, по крайней мере, наше представление о них до сегодняшнего дня, пишет Econews.
Откуда берет начало эта загадка
Всё началось в 1932 году, вскоре после открытия самого нейтрона. С тех пор учёные всеми силами пытались измерить, сколько времени требуется нейтрону для распада, если он не связан в ядре атома.
Это измерение получило название "время жизни нейтрона" и оказалось критически важным не только для ядерной физики, но и для понимания того, как образовались первые химические элементы в первые минуты после Большого взрыва, то есть для объяснения устройства нашей Вселенной в целом.
В результате были разработаны два основных экспериментальных метода:
- Потоковый (beam): пучки нейтронов направляются в установку, и счёт ведётся по количеству образующихся протонов.
- Бутылочный (bottle): ультрахолодные нейтроны помещаются в "ловушки", и через определённое время подсчитываются те, что не распались.
Главная проблема — эти методы дают разные результаты, что породило одну из величайших загадок современной физики: загадку времени жизни нейтрона. В "потоковом" методе среднее время жизни составляет 888 секунд, тогда как в "бутылочном" — 878 секунд. Разница в 10 секунд может показаться несущественной, но в физике элементарных частиц — это колоссальное расхождение.
И вот, спустя сто лет, физик Юджин Окс предложил новое объяснение в исследовании.
Причем здесь водород и темная материя
По мнению Окса, в небольшом проценте случаев нейтрон распадается не на три частицы (протон, электрон и антинейтрино), как считалось раньше, а всего на две — нейтрино и экзотический тип атома водорода (не тот, что называется "зелёным" в США). По его словам, такой атом будет невидимым, так как не взаимодействует со светом и полностью ускользает от всех традиционных детекторов.
Окс даже предложил для этой частицы название — "второй тип" водорода. В этом случае электрон находился бы настолько близко к протону, что атом не имел бы электрического дипольного момента, а значит, не мог бы ни излучать, ни поглощать свет. Проще говоря — тёмный атом, недоступный для обнаружения с помощью приборов, основанных на электромагнитном излучении.
Эта гипотеза объясняет, почему метод пучка даёт завышенное время жизни нейтрона: он не учитывает эти "невидимые распады". Пересчитав частоту таких распадов с помощью модифицированного уравнения Дирака, Окс пришёл к выводу, что это может происходить в до 1 % случаев — и этого достаточно, чтобы устранить расхождение в 10 секунд между методами.
Как это повлияет на законы Вселенной
Хотя "невидимые" атомы водорода не взаимодействуют со светом, они по-прежнему обладают массой и гравитационным притяжением — то есть идеально подходят под описание тёмной материи. Окс утверждает, что этот второй тип водорода может быть основной формой барионной тёмной материи — той, что состоит из обычных частиц, вроде протонов и электронов, но организованной непривычным способом.
Если гипотеза верна, то она решает одну из старейших и важнейших проблем современной физики и даёт элегантное объяснение тёмной материи — без необходимости изобретать гипотетические новые частицы.
Возможно, мы наконец-то получим шанс понять те самые 85% Вселенной, которые мы никогда не видели, потому что они состоят из странной и непостижимой тёмной материи.
Другие интересные научные новости
Ранее УНИАН сообщал, что также был найден ответ на вопрос, когда вымрет человечество, если перестанут рождаться дети. Хоть такой сценарий и маловероятен. Но сперва наступила бы нехватка молодых людей, достигших трудоспособного возраста, что вполне логично.
Кроме того, мы рассказывали, что глобальное потепление может сыграть на руку российскому и китайскому флоту. Подводным лодкам просто станет еще легче спрятаться в глубинах.
