Нейтроны — это основные строительные блоки материи. В стабильном атомном ядре они могут существовать долго, но в свободном состоянии они распадаются в среднем за пятнадцать минут. Однако, в зависимости от способа измерения, достигаются разные результаты. Исследователи из Технического университета Вены предположили, что могут существовать ранее неизвестные возбужденные состояния нейтронов, с большей энергией и временем жизни. Это объясняет различия в результатах измерений, осталось лишь проверить теорию на практике.
Время жизни нейтронов: зависимость результатов от измерений
Нейтроны могут спонтанно распадаться без всякой причины, согласно законам квантовой теории, превращаясь в протон, электрон и антинейтрино. Это особенно вероятно в случае свободного нейтрона. Если он соединяется с другими частицами, образуя атомное ядро, он может быть стабильным.
Средняя продолжительность жизни свободных нейтронов удивительно трудно измерима. Уже более 30 лет ведущие физики ломают голову над противоречивыми результатами по этой теме, уточняет Бенджамин Кох из Института теоретической физики Технического университета Вены. Ученый рассказал, что существует два метода измерений: с использованием ядерных реакторов для получения свободных нейтронов и так называемого «бутылочного» контейнера вместе с магнитным полем.
Исследователь уточнил, что в зависимости от выбранного метода различается время жизни нейтронов. Полученные таковые из нейтронного пучка ядерного реактора — долгожители, они существуют на 8 секунд дольше до распада относительно их «коллег» из контейнера. Бенджамин Кох дополняет: «При средней продолжительности жизни чуть меньше 900 секунд это значительная разница — слишком большая, чтобы ее объяснить простой погрешностью измерений».
Новое неизвестное состояние нейтронов
Бенджамин Кох и Феликс Хуммель смогли продемонстрировать, что несоответствие в измерениях продолжительности жизни нейтронов можно объяснить ранее неоткрытым состоянием таковых с несколько более высокой энергией. Похожие свойства известны для атомов и лежат в основе работы лазеров.
Гипотеза исследователей заключается в том, что свободные нейтроны при радиоактивном распаде находятся в смеси различных состояний: одни находятся в основном, другие — в возбужденном с большей энергией. Последние со временем переходят в основное состояние. Это можно сравнить с мыльной водой: если в такую воду добавить энергию (помешать ее рукой, например), то образуется много пены. Однако спустя некоторое время пузырьки исчезнут и вода примет прежний вид.
Если теория верна, то в нейтронном пучке присутствует много различных состояний нейтронов. Напротив, нейтроны в «бутылке» почти все находятся в основном состоянии. Это и объясняет огромную разницу во времени их жизни. Поэтому ученые намерены провести ряд новых экспериментов в сотрудничестве с группами из Института атомной и субатомной физики Венского технического университета. Интерес к новому исследованию уже проявили специалисты из Швейцарии и США.
Ранее международная группа ученых нашла новый ключ к пониманию природы некоторых быстрых радиовсплесков (FRB) — мощных космических взрывов в глубоком космосе.
