Czas życia neutronu spędza fizykom sen z powiek. Długoletnia zagadka pozostaje nierozwiązana

Czas życia neutronu stanowi istotny element funkcjonowania modelu standardowego, ponieważ tworzy dane wejściowe wykorzystywane w obliczaniu macierzy łączącej stany kwarków.

Zazwyczaj czas życia neutronu jest określany na podstawie dwóch metod. Jedna wykorzystuje neutrony umieszczane w butelce magnetycznej, druga natomiast polega na liczeniu protonów pojawiających się w wiązce w miarę rozpadu neutronów. Te znajdujące się w wiązce żyją dłużej niż w butelce magnetycznej. Chcąc zrozumieć tę różnicę, naukowcy wymyślili pewien eksperyment.

Czytaj też: Najdokładniejszy test elektrodynamiki kwantowej w historii fizyki. Wyniki są zgodne z modelem standardowym

Jego ostatecznym celem było wykrycie ciemnej materii. Jak wyjaśnia Frank Gonzalez z Oak Ridge National Laboratory, jeśli kwarki nie mieszają się tak, jak byśmy się tego spodziewali, to sugeruje, że model standardowy nie jest aktualny. Wśród potencjalnych przyczyn stojących za różnicami w zakresie długości życia neutronu wymienia się między innymi przekształcanie neutronu z jednego stanu w drugi i z powrotem.

Autorzy nowych badań w tej sprawie zaprezentowali swoje ustalenia na łamach Physical Review Letters. Wykorzystali neutrony wykonane w Spallation Neutron Source, a powstała wiązka została skierowana do reflektora magnetyzmu. Stosując silne pole magnetyczne, naukowcy wzmocnili oscylacje pomiędzy stanami neutronów. Następnie wiązka trafiła w „ścianę” wykonaną z węglika boru, czyli związku silnie absorbującego neutrony.

Czas życia neutronu jest rozbieżny w zależności od zastosowanej metody pomiaru

Gdyby neutron oscylował pomiędzy stanem regularnym a lustrzanym, to w razie uderzenia we wspomnianą ścianę będzie oddziaływał z jądrami atomowymi i zostanie przez nią pochłonięty. Jeśli natomiast znalazłby się w stanie neutronu lustrzanego, to w takim przypadku nie powinno dochodzić do żadnych oddziaływań. Neutrony lustrzane powinny wtedy przedostać się na drugą stronę ściany.

Czytaj też: Fizycy w końcu odkryli tetraneutrony? Niejednoznaczne wyniki badań

Jaki był efekt? 100% neutronów zatrzymało się, natomiast żaden nie przeszedł przez ścianę. Można więc stwierdzić, że teoria zakładająca udział lustrzanych neutronów najprawdopodobniej nie jest zgodna z rzeczywistością. Naukowcom pozostaje natomiast do wyjaśnienia zagadka związana z rozbieżnościami w wynikach pomiarów dotyczących czasu życia neutronów.