美科学家提出中子能衰变成暗物质粒子

新华社北京

2018-01-13 20:37:48

作为一种最寻常的基本粒子,中子可能有着不同寻常的黑暗秘密。美国科学家新近提出,中子会衰变成暗物质粒子,这种中子“暗衰变”可以解释中子寿命“测不准”的原因。


被束缚在原子核里的中子很稳定,但自由中子的寿命大约只有15分钟,它会进行贝塔衰变,产生一个质子、一个电子和一个反中微子。测量自由中子的寿命有两种主要方法,一种是根据衰变产物来推算,另一种是把中子束缚在容器里,统计特定时间后剩下的中子数量。


到目前为止,这两种方法的测量结果始终存在约8秒的差异,根据衰变推算的结果约为888秒,束缚在容器里的方法为879.6秒。这有可能是因为存在系统误差,但也可能是因为中子还有不为人知的衰变方式,只统计贝塔衰变会把中子寿命估计得过长。


英国《新科学家》杂志最近报道,美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的两位物理学家提出,中子可能衰变成暗物质粒子。中子每发生一百次衰变,大约有一次是这样的“暗衰变”,产生的暗物质粒子质量与中子相近。


根据这个新模型,暗衰变会产生特定能量的单色光子和电子-正电子对,寻找这些粒子可以检验该理论是否正确。如果得到证据支持,这将是暗物质研究方面的一大突破;另一方面,确定自由中子的寿命也对物理学有重要意义。


根据目前的宇宙模型,我们熟悉的物质只占宇宙的约5%,另有约27%是除引力外基本不与普通物质相互作用的“暗物质”,还有约68%是产生斥力而不是引力的“暗能量”。对于暗物质的本质,科学界提出了多种设想,包括一些假想中的粒子,如大质量弱相互作用粒子、轴子、惰性中微子等,但迄今尚无确切证据支持任何一种理论。

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