Физики уточнили парадокс нейтронного распада

Группа физиков подтвердила то, что два разных метода определения срока жизни нейтрона дают разные результаты. С точки зрения теории эти результаты должны совпадать. Подробности со ссылкой на публикацию в Physical Review Letters (доступна в виде препринта) приводит Physics.

Физики из семи разных научных центров США использовали для определения времени жизни нейтрона метод наблюдения за нейтронным пучком. Они взяли источник нейтронов, получили стабильный пучок излучения и затем подсчитывали возникающие в нем заряженные частицы. Нейтрон вне атомного ядра неустойчив и распадается на протон, электрон и антинейтрино: протоны с электронами можно обнаружить специальным детектором, в то время как антинейтрино практически не взаимодействует с веществом.

Подсчет заряженных частиц, образующихся в пучке известной интенсивности позволил оценить скорость распада. Она оказалась равна 887,7±1,2±1,9 секунды. Результат в работе ученых не случайно приведен именно в таком виде, с двумя погрешностями: первая соответствует возможному вкладу случайных помех, а вторая указывает на ошибки, которые могли быть обусловлены техникой измерения.

Ранее, в 2005 году, та же группа получила результат 886,3±1,2±3,2 секунды и он тоже расходился с данными, которые добыли другие ученые при помощи метода магнитной ловушки. По самым новым данным опытов с использованием таких ловушек, нейтрон распадается за 879,6±0,8 секунды (указано среднее по нескольким экспериментам) и это на 8,4±2,2 секунды меньше «пучковых» показателей.

В ходе опытов, построенных по схеме магнитной ловушки физики следили не за пучком частиц, а за нейтронами внутри ограниченной магнитными полями и бериллиевыми стенками (бериллий хорошо отражает нейтроны) полости. Теоретически переход от пучка к практически неподвижным нейтронам ничего менять не должен, поэтому расхождение указывает либо на какие-то до сих пор не найденные изъяны в экспериментальных методах, либо на неизвестные физические эффекты.

В новой работе анализу возможных причин пока что внимания не уделяется, но в кратком сообщении Американского физического общества подчеркивается увеличение статистической достоверности различия до уровня 3,8 стандартных отклонений. Это означает, что вероятность случайно получить такое расхождение не превышает 0,0145 процента.

Разные значения одной и той же величины в разных опытах наблюдаются не только в случае с периодом полураспада нейтрона (времени, за которое распадется половина частиц, конкретный нейтрон может жить меньше или больше). Измерение радиуса протона разными методами тоже дает небольшую, но пока что не устраненную разницу. По мнению некоторых физиков, эти различия могут указывать на справедливость еще не подтвержденных теорий, включая квантовое объединение гравитации с другими полями.