โดย Charles Q. Choi เผยแพร่ 19 พฤษภาคม 2018
แทร็กสล็อตเว็บตรง แตกง่ายของอนุภาคที่ผลิตโดยกระบวนการสลายตัวชนิดหนึ่งที่เรียกว่ารังสีเบต้า (เครดิตภาพ: นูเลโดผ่านวิกิมีเดียคอมมอนส์, CC BY-SA 4.0)(Inside Science) — ว่านิวตรอนมีชีวิตอยู่ได้นานแค่ไหนที่กําลังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ในขณะนี้ ตอนนี้นักวิจัยแนะนําว่าความลึกลับนี้สามารถแก้ไขได้หากบางครั้งนิวตรอนสลายตัวเป็นอนุภาคของสสารมืดสารที่มองไม่เห็นคิดว่าจะประกอบขึ้นเป็นมากกว่าสี่ในห้าของสสาร
ทั้งหมดในจักรวาล ขณะนี้การวิจัยที่วุ่นวายกําลังนําแนวคิดนี้ไปทดสอบ
นอกจากโปรตอนและอิเล็กตรอนแล้วนิวตรอนยังประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของจักรวาลที่มองเห็นได้ หากไม่มีนิวตรอนนิวเคลียสอะตอมที่ซับซ้อนก็ไม่สามารถเสถียรได้
แต่เมื่ออยู่นอกนิวเคลียสอะตอมนิวตรอนจะสลายตัวเป็นโปรตอนอิเล็กตรอนและนิวตริโนหลังจาก 15 นาทีโดยเฉลี่ยตามข้อมูลที่มีอยู่ แม้ว่านิวตรอนจะถูกค้นพบเมื่อกว่า 80 ปีที่แล้ว แต่ค่าที่แม่นยําสําหรับอายุการใช้งานเฉลี่ยยังคงเป็นคําถามที่เปิดกว้างมีสองวิธีที่แตกต่างกันในการตรวจสอบอายุการใช้งานของนิวตรอน ในหนึ่งนักวิทยาศาสตร์วางนิวตรอนอัลตร้าคอลด์ไว้ในขวดและดูว่าเหลืออีกกี่ตัวหลังจากระยะเวลาหนึ่ง ในอีกด้านหนึ่งนักวิจัยวิเคราะห์ลําแสงของนิวตรอนเพื่อดูว่ามีโปรตอนสลายตัวกี่ตัวในพื้นที่และเวลาที่กําหนดน่าแปลกที่การทดลองลําแสงชี้ให้เห็นว่าอายุการใช้งานเฉลี่ยของนิวตรอนอยู่ที่ประมาณ 888 วินาที ซึ่งนานกว่าการทดลองขวดประมาณ 9 วินาที “เมื่ออายุการใช้งานของนิวตรอนวัดได้สองวิธีที่แตกต่างกัน และผลลัพธ์ต่างกัน เรามีวิกฤต — ความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับกฎฟิสิกส์ผิดหรือไม่” Benjamín Grinstein เก้าอี้ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโก
หลังจากหลายทศวรรษของการปรับแต่งวิธีการทดลองทั้งสองแบบนักฟิสิกส์ “ไม่พบเหตุผลที่จะสงสัยว่าความแตกต่างเกิดขึ้นจากการวัดที่ไม่ดี” Grinstein “เราเหลือทางเลือกที่แท้จริงที่เราต้องพิจารณาเปลี่ยนกฎฟิสิกส์ด้วยวิธีพื้นฐาน”
ตอนนี้นักวิจัยแนะนําว่าประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ของเวลาที่นิวตรอนสลายตัวพร้อมกับการสลายตัวของอนุภาคที่รู้จักไม่กี่อนุภาคพวกเขายังผลิตอนุภาคสสารมืด สิ่งนี้อาจช่วยอธิบายหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวิทยาศาสตร์
มีการเสนอการมีอยู่ของอนุภาคสสารมืดเพื่อช่วยอธิบายปริศนาจักรวาลที่หลากหลาย เช่น เหตุใดกาแลคซีจึงสามารถหมุนได้เร็วเท่าที่เห็นโดยไม่ถูกฉีกออกจากกัน นักวิทยาศาสตร์ได้ตัดวัสดุธรรมดาที่รู้จักทั้งหมดออกเป็นส่วนใหญ่ว่าเป็นผู้สมัครสําหรับสสารมืด – ถ้ามันมีอยู่ฉันทามติจนถึงตอนนี้ก็คือมันถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคชนิดใหม่ที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับสสารธรรมดาเท่านั้นที่อ่อนแอมาก
เนื่องจากการทดลองลําแสงมุ่งเน้นไปที่นิวตรอนที่สลายตัวเป็นโปรตอนพวกเขาจึงไม่สามารถอธิบายโหมดการสลายตัวที่เป็นไปได้ซึ่งก่อให้เกิดอนุภาคสสารมืดและทําให้นิวตรอนมีอายุการใช้งานที่แตกต่างจากการทดลองขวด
”มันจะน่าทึ่งจริงๆ ถ้านิวตรอนเก่าที่ดีกลายเป็นอนุภาคที่ช่วยให้เราสามารถสํารวจภาคสสารมืดของ
จักรวาลได้” Bartosz Fornal ผู้เขียนนําการศึกษากล่าว นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโกกล่าว Fornal และ Grinstein ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการค้นพบของพวกเขาทางออนไลน์เมื่อวันที่ 9 พฤษภาคมในวารสารจดหมายทบทวนทางกายภาพ
นักฟิสิกส์ได้สํารวจสถานการณ์ต่างๆ ของ “การสลายตัวของความมืด” สําหรับนิวตรอน ซึ่งนิวตรอนจะแตกตัวออกเป็นทั้งอนุภาคสสารมืดและส่วนประกอบทั่วไป เช่น รังสีแกมมาหรืออิเล็กตรอน “อนุภาคใหม่ที่เราเสนอนั้นมืดสนิทเช่นเดียวกับสสารมืด พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างดุเดือดกับสสารปกติ” กรินสไตน์กล่าว
งานของ Fornal และ Grinstein ได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับการศึกษาประมาณโหลที่ตรวจสอบความหมายของมัน ตัวอย่างเช่น คริสโตเฟอร์ มอร์ริส นักฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos ในนิวเม็กซิโกและเพื่อนร่วมงานของเขาค้นหารังสีแกมมาจากขวดนิวตรอนอัลตร้าคอลด์ แต่ไม่สามารถตรวจจับอะไรภายในหน้าต่างที่เครื่องมือของพวกเขาสามารถสังเกตได้
การทดสอบอีกชุดหนึ่งของแนวคิดนี้มุ่งเน้นไปที่ดาวนิวตรอนซึ่งเป็นกระจุกดาวนิวตรอนที่เหนือชั้นซึ่งสามารถก่อตัวขึ้นได้เมื่อดาวยักษ์ตาย
นักฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎี Jessie Shelton จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ที่ Urbana-Champaign และเพื่อนร่วมงานของเธอตั้งข้อสังเกตว่าดาวนิวตรอนไม่ได้ถ้ําก่อตัวเป็นหลุมดําเนื่องจากสนามแรงโน้มถ่วงสล็อตเว็บตรง แตกง่าย
