Срочные новости раздела
Регенерация нейтронов не нашла зеркальной материи

Регенерация нейтронов не нашла зеркальной материи

Американские физики проверили гипотезу о существовании зеркальной материи с помощью метода регенерации холодных нейтронов в магнитном поле. Результат эксперимента существенно ограничил класс теорий, которые могли бы объяснить загадку времени жизни нейтрона таким способом.

Пространство параметров модели зеркальной материи исключено с 95% C.L. (серая область) и прогноз, согласующийся с аномалией времени жизни нейтрона (красная полоса). Расчетная вероятность передачи представлена ​​пунктирными контурными линиями. © L. J. Broussard et al. / Physical Review Letters, 2022

Загадка времени жизни нейтрона представляет собой расхождение между результатами измерения, полученного различными методами. Свободный нейтрон распадается чаще всего на протон, электрон и антинейтрино. Один из методов измеряет продукты этого распада в пучке холодных нейтронов — он дает 888,1±2,0 секунд. В другом методе нейтроны запирают в трехмерные магнитные или гравитационные ловушки, напоминающие по форме бутылку, и считают их число по прошествии времени — там по совокупности работ получается время, равное 878,4±0,5 секунд. С ростом экспериментальной точности загадка лишь усугубляется, поскольку расхождение измеряют в единицах неопределенностей (сигм). С учетом последних результатов оно уже превысило четыре сигмы (о достоверном открытии говорят при достижении пяти сигм).

Часть физиков считает, что эта проблема имеет отношение к проблеме темной материи. Согласно их гипотезе, обычные нейтроны могут испытывать превращения в зеркальные нейтроны. Зеркальной материей называют такие частицы, которые получаются зеркальным отражением своих партнеров. Изначально они были введены в физику, чтобы восстановить зеркальную симметрию слабого взаимодействия. Однако со временем ученые поняли, что такие частицы будут проявлять себя лишь гравитационно, а также через превращения своих партнеров, влияя на их физические свойства. Таким образом, возник класс теорий, которые объясняют загадку времени жизни протона именно через этот механизм.

Проверить эти теории был призван эксперимент, который провела группа американских физиков под руководством Лии Бруссард (Leah Broussard) из Окриджской национальной лаборатории. Они работали по методу регенерации холодных нейтронов в магнитном поле, который измеряет потенциальную прибавку частиц в пучке за счет превращения зеркальных нейтронов в обычные.

Выбранный авторами метод фактически проверяет возникновение аномалии со стороны пучковых экспериментов. В них измеряется отношение скорости рождения протонов к потоку нейтронов, пролетающих через магнитное поле соленоида. Концепция зеркальных нейтронов предполагает, что магнитное поле ускоряет процесс превращения, снижая, таким образом, темпы наблюдаемого бета-распада в соленоиде. Соответствующая теория опирается на два параметра этих превращений (осцилляций): разницу в массах обычного и зеркального нейтронов и угол смешивания. Для объяснения загадки времени жизни эти параметры должны быть равны примерно 280 наноэлектронвольт и 5×10−3, соответственно.

Альтернативным подходом к проверке этой гипотезы стал метод регенерации нейтронов. Он опирается на измерение нейтронов, которые, согласно гипотезе, успевают превратиться обратно. Если на пути нейтронного пучка установить в точке, где ожидается максимальная концентрация зеркальных нейтронов, поглотитель, то тогда измеряя прошедший сигнал, можно сделать вывод о том, происходят ли такие превращения на самом деле.

Физики проводили эксперимент на импульсном ускорительном источнике нейтронов SNS в Окриджской национальной лаборатории. Пучок холодных нейтронов пролетал через сверхпроводящий магнит с расщепленной парой, поле в котором достигало семи тесл. Ученые использовали поглотитель из карбида бора, а в качестве детектора выступала камера с газообразным гелием-3. Авторы использовали небольшое количество протонов, чтобы калибровать нейтронные пучки. Пучки были неполяризованными, однако для уменьшения систематических эффектов эксперимент повторялся для противоположных направлений магнитного поля, а также для полностью выключенных магнитов.

В последнем случае детектор все равно фиксировал нейтроны, рассеянные на элементах установки, измеряя их на единицу заряда протона. Физики сравнивали соответствующее количество отсчетов, равное 558,2±6,9 нейтронов, с отчетами, полученными при включенном поле — 562,4±5,0 нейтронов после усреднения по направлению поля. Для изначальной интенсивности, равной (1,05±0,31)×109 нейтронов на единицу заряда протона, это соответствует вероятности преодоления барьера равной (0,4±1,2)×10−8.

Таким образом, результат работы группы надежно исключил объяснение загадки времени жизни через модели с разницей масс между обычными и зеркальными нейтронами, превышающей 10 наноэлектронвольт. Тем не менее эксперимент не накладывает ограничений на другие вариации зеркальной теории, например, на модель с нулевым массовым расщеплением, но зеркальным магнитным полем или модель, в которой превращение между нейтронами разного типа происходит благодаря магнитному моменту.

Зеркальные нейтроны часто еще называют стерильными из-за их неспособности участвовать в большинстве взаимодействий. Этот термин пришел из физики нейтрино, где экспериментальные аномалии также предложено объяснить с помощью смешиванием известных нейтрино с новыми частицами.

Исследование опубликовано в Physical Review LettersИсточник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Американские исследователи обнаружили, что уровень натрия в крови у верхней границы нормы — показатель недостаточного потребления жидкости — связан с ранним физическим старением, развитием хронических
подробнее...

Первая в мире вакцина для медоносных пчел была одобрена для использования Министерством сельского хозяйства США. Препарат будут получать с кормом пчелиные матки и передавать устойчивость к болезни
подробнее...

Американские ученые научили Lactobacillus reuteri синтезировать блокатор калиевых каналов лимфоцитов, который способен снижать пролиферацию эффекторных T-клеток памяти и, как следствие, воспаление.
подробнее...

Сотрудники биологического факультета и НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ с коллегами детально изучили факторы, приводящие к хромосомным транслокациям – переносам участков
подробнее...

Российские химики создали молекулярные конструкции на основе органического вещества глутаримида, которые позволяют отправить на разрушение белки, необходимые для деления и роста опухолевых клеток.
подробнее...

Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые
подробнее...

Физики из коллаборации MicroBooNE сообщили о результатах повторного анализа своих измерений в рамках полной модели нейтринных осцилляций, включающей превращения в стерильные нейтрино. Итог их работы
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова совместно с профессором Калифорнийского университета в Беркли Леоном Чуа
подробнее...

Американские физики изготовили классический аналог кубита с нелинейностью. Он представляет собой две стальные сферы, в которых возбуждаются волны упругости. Оказалось, что механические колебания в
подробнее...

Палеонтологи описали новый род и вид длиннохвостого пахиплеврозавра по полному скелету, найденному в Китае. Хвост этого животного превышал длину его тела. Окаменелый скелет был обнаружен в 2021 году в
подробнее...

Американские нейробиологи обнаружили четвертую оболочку головного мозга. Тонкая мембрана находится между средней и внутренней менингеальными оболочками, непроницаема для крупных молекул и активно
подробнее...

В 2020 году ученые из ВНИИ животноводства им. Л. К. Эрнста, Сколтеха, МГУ и их коллеги получили первого в России жизнеспособного клонированного теленка, самку назвали Цветочек (по названию клеточной
подробнее...

Коллектив ученых Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН создал композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, оксида
подробнее...

Российские ученые провели межвидовой анализ экспрессии генов головного мозга у рыбок данио, крыс и людей, чтобы идентифицировать новые общие молекулярные мишени для терапии аффективных расстройств
подробнее...

Бразильские генетики изучили эволюцию генов, которая сделала китообразных гигантами. Они обнаружили гены, которые отбирались из поколения в поколение, и помогли не только достичь огромных размеров, но
подробнее...

Учёные из Сколковского института науки и технологий, Института астрофизики им. Лейбница (Германия), Грацского университета Карла и Франца и Обсерватории Канцельхоэ (Австрия), Загребского университета
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского университета нашли в кусочке янтаря в Калининграде муравья рода Manica, ранее встречавшегося только в горах Европы, Кавказа, Северной Америки и Японии. Возраст находки, как
подробнее...

Сотрудники Национального научного центра морской биологии ДВО РАН обнаружили гены, которые могут участвовать в регенерации мышц. Свои исследования они проводили на голотурии (морском огурце)
подробнее...