Может ли нейтрон рождать тёмную материю?
Тёмная материя. Существует ли она на самом деле? Наука до сих пор не знает, есть ли она вообще в природе. Это пока чисто гипотетическая субстанция. Её ввели в космологию лишь для того, чтобы объяснить наблюдаемые свойства Вселенной.
И с тех пор астрономы, физики, космологи и им сочувствующие пытаются понять – что же такое тёмная материя и какую природу она имеет. И несколько лет назад исследователи обратили внимание на нейтроны.
Все вы, друзья мои, наверняка знаете, что нейтроны – это нейтральные частицы, находящиеся в ядрах атомов. Они не являются элементарными частицами, поскольку имеют структуру.
Внутри атомного ядра нейтроны стабильны. Но как только получают свободу, они достаточно быстро распадаются.
Свободному нейтрону требуется в среднем около 881,5 секунды для распада, плюс-минус полторы секунды. И тот факт, что это значение с гораздо большей точностью недоступно, связано с тем, что в зависимости от того, как именно проводится эксперимент, результаты получаются разные.
Источником расхождений между двумя типами проведённых экспериментов вполне может быть некий тип систематической ошибки, пока что еще не выявленный. Так может быть без всяких сомнений.
Однако исследователи предложили и другой вариант. Они считают, что всё дело в том, что нейтроны иногда распадаются на невидимые в любом участке электромагнитного спектра частицы, которые мы и называем темной материей. Именно они позволяют далёким галактикам являться такими, какими мы их видим с Земли.
Эта гипотеза в своё время вызвала огромный интерес, и даже проводились эксперименты по её проверке. Их результаты не были однозначными. Они не опровергли выдвинутую гипотезу, но и не подтвердили её. Хотя и наложили ограничения на жизнеспособность её некоторых вариантов.
Давайте немого подробнее.
Науке известно, что вне ядра нейтрон распадается на протон, электрон и электронное нейтрино. Исследования этого процесса распада бывают двух типов, которые условно можно назвать «бутылочными» и «пучковыми».
В эксперименте с бутылкой исследователи помещают «коллекцию» ультрахолодных нейтронов (с энергией менее 10^ –7 эВ) в контейнер (бутылку) и подсчитывают, сколько из них останется «в живых» через определённый интервал времени.
В эксперименте с «пучком» исследователи наблюдают поток нейтронов и подсчитывают количество протонов, образовавшихся в результате распада. Проводя подобные эксперименты, исследователи установили, что период полураспада нейтрона во втором эксперименте может быть на 9 с больше, чем период полураспада, измеренный в эксперименте с «бутылкой».
Учёные Бартош Форнал и Бенджамин Гринштейн из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) в своё время предложили решение этого несоответствия. Они высказали гипотезу, что нейтроны распадаются в 1% случаев на частицы темной материи.
Поскольку в ходе эксперимента с «пучком» нейтронов нельзя обнаружить эти распады (на частицу тёмной материи) таким образом можно объяснить, почему в этих экспериментах наблюдается более длительный период полураспада нейтронов, чем в экспериментах в «бутылке», которые дают значения, более близкие к правильным.
Форнал и Гринштейн исследовали несколько возможностей распада нейтронов на различные комбинации темной материи и видимых частиц. В одном из этих сценариев распад «темных» нейтронов сопровождается испусканием гамма-квантов.
Вдохновлённый подобными исследованиями, физик Кристофер Моррис из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, штат Нью-Мексико, США, совместно с коллегами провёл наблюдения за возможным излучением гамма-лучей в бутылке с ультрахолодными нейтронами.
Однако исследователи не обнаружили никакого подтверждения гипотезы своих коллег, что, по-видимому, исключает предполагаемый невидимый канал распада нейтрона в диапазоне энергий фотонов от 782 до 1664 кэВ.
Однако другие возможности распада, которые производят гамма-лучи с более низкой энергией или не производят этот тип излучения вовсе, остаются вполне перспективными, и могут быть проверены путем поиска аномалий, происходящих при других ядерных распадах.
Поиски тёмной материи продолжаются.
Всем добра!
Сообщение Может ли нейтрон рождать тёмную материю? появились сначала на Живой Космос.