Идеи

Сложный эксперимент по обнаружению зеркальных нейтронов провалился

Фото:

Физики давно пытаются понять, как долго нейтрон может существовать вне атомного ядра. Дать ответ на этот вопрос пытаются теоретики из США. Они разработали сложный эксперимент по обнаружению частицы, которую еще никто не наблюдал. Если бы она была найдена, 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 составляют нейтроны и протоны. Однако они могут существовать и вне ядер. В прошлом году ученые провели самое точное на сегодня измерение срока жизни нейтрона до распада или превращения в протон, электрон или антинейтрон. Ответ — 877,8 секунды плюс-минус 0,3 секунды, или чуть меньше 15 минут — намекает на трещину в Стандартной модели физики частиц.

«Срок жизни нейтрона — важный параметр в Стандартной модели, потому что он используется для расчета матрицы смешивания кварков, которая описывает скорость распада кварков, — говорит Фрэнк Гонсалес из Национальной лаборатории Ок-Ридж, соавтор исследования. — Если кварки смешиваются не так, как мы ожидаем от них, это указывает на новую физику за пределами Стандартной модели».

Для измерения срока жизни свободного нейтрона ученые используют два подхода, которые должны давать одинаковый результат. Однако эксперименты показали, что этого не происходит — результаты отличаются друг от друга. Многие годы физики пытались объяснить это расхождение, пишет Phys.org.

Команда из ORNL первой осуществила поиск осцилляции нейтронов в зеркальные нейтроны — двойники нейтронов из темной материи — при помощи новой техники исчезновения и регенерации. Пучок нейтронов направляется на магнитный рефлектометр, который усиливает колебания между состояниями нейтронов. Затем пучок натыкается на стену из карбида бора, абсорбирующую нейтроны. Если нейтрон в самом деле осциллирует между обычным и зеркальным состоянием, то когда нейтронное состояние сталкивается со стеной, оно будет взаимодействовать с атомным ядром, и стена его абсорбирует. Но если он находится в зеркальном состоянии, это темная материя, которая не станет взаимодействовать. Таким образом, только зеркальные нейтроны пройдут через стену, как через портал.

Результаты эксперимента показали, что все 100% нейтронов не прошли сквозь стену, никаких признаков регенерации нейтронов обнаружено не было. Тем не менее, результат важен для физики частиц, поскольку он позволяет сосредоточиться на других, более перспективных гипотезах. И приблизиться к разгадке тайны свободных нейтронов.

Команда физиков из Лаборатории ядерной физики MIT и других научных учреждений обнаружила крайне редкие Х-частицы в кварк-глюонной плазме, созданной Большим адронным коллайдером ЦЕРНа. Эксперимент моделировал самые первые мгновения зарождения нашей Вселенной после Большого взрыва.

Читайте также