Fizikai iškėlė netikėtą hipotezę apie tamsiąją materiją ir neutronus: iki šiol niekas apie tai nepagalvojo ir tai paaiškintų 20 metų atliekamo eksperimento keistenybes

„Nė vienas iš mūsų sumąstytų galimų tamsiosios materijos paaiškinimų nepasitvirtino,“ sako Dan Hooper iš Fermilab netoli Batavia'jos, Ilinojaus valstijoje, kuris su šiuo tyrimu nebuvo susijęs. „Panašu, verta apsvarstyti iš pirmo žvilgsnio neįtikėtinas idėjas.“

Žinome, kad neutronas gali virsti protonu, vykstant beta skilimo procesui, kurio metu, dar išspinduliuojamas elektronas ir antineutrinas.

Atliekant „spindulio eksperimentą“, skaičiuojami iš neutronų srauto atsirandantys protonai. Vykdant eksperimentą šiuo metodu, daroma prielaida, kad neutronas skyla tik beta skilimu, o tokiu būdu gauta dalelės gyvavimo trukmė yra 888 sekundės.

Neutronų gyvavimo trukmę galima paskaičiuoti ir vadinamuoju butelio eksperimentu: talpa su smarkiai atšaldytais neutronais stebima įvairų laiką, ir dalelės gyvavimo laikas skaičiuojamas iš likusiųjų po kiekvienos stadijos neutronų. Šiuo metodu nedaroma jokių prielaidų apie neutronų skilimo būdą ir taip gaunama 879,6 sekundžių neutronų gyvavimo trukmė.

Su šiuo neatitikimu, tą patį dydį – neutrono gyvavimo laiką – skaičiuojant spindulio ir butelio eksperimentais, dalelių fizikams susitaikyti labai nelengva.

Suirimas į tamsą

„Kuo įvairiau dalelė gali skilti, tuo trumpiau ji gyvuoja“

Taigi, Bartosz Fornal ir Benjamin Grinstein iš Kalifornijos universiteto San Diege, susidomėjo, ar neutronai skyla dar kaip nors. Tai galėtų paaiškinti ilgesnę gyvavimo trukmę, matuojant spindulio metodu, nes jame skaičiuojami tik beta skilimai. „Kuo įvairiau dalelė gali skilti, tuo trumpiau ji gyvuoja,“ sako Fornal.

Jei ši idėja teisinga, naujas hipotetinis neutronų skilimas turėtų kurti kažkokią paslaptingą dalelę. „Ji turėtų nesąveikauti tiesiogiai ar stipriai su mums įprasta materija,“ sako Fornal. Antraip, ją būtume jau užfiksavę.

Fizikų tokias savybes priskiria ir tamsiajai materijai, medžiagai, nuo subyrėjimo sulaikančiai galaktikas. Tamsioji materija su normalia materija nesąvaikauja niekaip kitaip, tik gravitaciškai.

Fornalas su Grinsteinu analizavo įvairius būdus, kaip neutronas galėtų skilti į „tamsią“ dalelę, o šis procesas vyktų maždaug vieną kartą iš 100 neutronų skilimų.

Jiw parodė, kad jei tokia dalelė norėtų būti tamsiosios materijos kandidatas, jos masė turėtų būti vos mažesnė už neutrono – kadangi tai neutrono skilimo produktas. Pagal kai kuriuos scenarijus, masės skirtumas turėtų pasireikšti kaip fotonas, kurio energija nuo 0,8 megaelektronvoltų iki 1,7 MeV – bet tokius būtų galima aptikti.

Svarstomos galimybės

Hooper sako, kad menkai tikėtina, kad tamsiosios materijos dalelė būtų tokios pat masės, kaip neutronas, tačiau jis jaučiasi intriguotas.

Atsakymas galėtų glūdėti asimetriniuoses tamsiosios materijos modeliuose

„Jei būčiau įsitikinęs, kad tai iš tiesų neutronų skilimo anomalija ir kad tam reikėtų kažkokio egzotiško skilimo, kiltų 64 000 dolerių vertės klausimas: kodėl šios būsenos masė beveik tiksliai tokia pati, kaip ir neutrono?“ sako Hooper.

Atsakymas galėtų glūdėti teorijose, vadinamose asimetriniais tamsiosios materijos modeliais, kuriuose neutronų ir tamsiosios materijos dalelių masės panašios, nes jas sukūrė panašūs procesai, vykę visatos jaunystėje. Jei Fornal ir Grinsteino idėjos eksperimentiškai pasitvirtintų, tai būtų rimta paspirtis tokiems modeliams.

Be to, tikslaus neutrono skilimo periodo žinojimas paveiktų ir mūsų supratimą apie tokių elementų kaip helis susidarymą netrukus po Didžiojo sprogimo.

Žurnalo nuoroda : arxiv.org/abs/1801.01124

Anil Ananthaswamy

www.newscientist.com