Всесвіт / © pixabay.com
Вчені знайшли відповідь на питання, яке не давало спокою останні сотню років — скільки живе нейтрон. Але те, що здавалося простою відповіддю, можливо, виявило глибокий недолік у нашому розумінні фундаментальних частинок Всесвіту. І, власне, це відкриття може змінити всі закони Всесвіту.
Все почалося в 1932 році, невдовзі після того, як вчені відкрили сам нейтрон. Відтоді вони намагаються будь-якою ціною виміряти, скільки часу потрібно для розпаду нейтрона, не зв’язаного з атомним ядром. Вони назвали це вимірювання часом життя нейтрона. Це є важливим не лише для ядерної фізики, але й для розуміння того, як перші хімічні елементи утворилися в перші хвилини після Великого вибуху, тобто для розуміння нашого Всесвіту в цілому. На основі цього було встановлено два стандартні експериментальні підходи: метод проміня та метод пляшки.
Промінь: Нейтронні пучки спрямовуються, і протони, що утворюються в результаті розпаду, підраховуються.
Пляшка: Ультрахолодні нейтрони зберігаються в контейнерах, а ті, що виживають після певного часу, підраховуються.
Велика проблема полягає в тому, що ці два методи дають різні результати, що й викликало одну з найбільших загадок сучасної фізики: загадку часу життя нейтрона. У пучковому методі середній виміряний час становить 888 секунд, тоді як у пляшковому методі це число падає до 878 секунд. Хоча різниця в 10 секунд може здаватися дрібницею, у контексті фізики елементарних частинок вона величезна.
Фізик Юджин Окс запропонував нове пояснення. На думку Окса, у невеликому відсотку випадків нейтрон розпадається не на три частинки (протон, електрон та антинейтрино), як ми вважали досі, а лише на дві: нейтрино та екзотичний тип атома водню (відрізняється від зеленого водню, який зустрічається в Америці). Він каже, що цей атом має бути невидимим, оскільки не взаємодіє зі світлом і тому повністю вислизає від звичайних детекторів.
У цьому випадку електрон був би дуже близько до протона, настільки близько, що атом не мав би електричного дипольного моменту, що робило б його нездатним випромінювати або поглинати світло. Менш технічними словами, це був би темний атом, який неможливо виявити приладами, що працюють на основі електромагнітного випромінювання.
Ця гіпотеза Окс зрештою пояснює, чому метод променя фіксує довший час життя: він не враховує ці «невидимі розпади» . Тому, перераховуючи частоту цього типу розпаду за допомогою модифікованого розв’язку рівняння Дірака, Окс дійшла висновку, що це може відбуватися до 1% випадків: достатньо, щоб вирішити 10-секундну різницю.
Хоча невидимі атоми водню не взаємодіють зі світлом, вони все одно діють на них гравітаційною силою, що ідеально відповідає профілю таємничої темної матерії. Окс припускає, що цей другий різновид водню може бути основною формою баріонної темної матерії: такої, що складається зі знайомих частинок, таких як протони та електрони, але розташованих нетрадиційним чином.
І що це означає для сучасних законів Всесвіту? Що ж, усе це пояснення могло б вирішити одну з найдавніших загадок сучасної фізики та, водночас, запропонувати елегантне пояснення темної матерії, не вдаючись до гіпотетичних частинок. Можливо, ми нарешті зможемо зрозуміти 85% Всесвіту, який ми ніколи не бачили, оскільки він складається з дивної та нерозбірливої темної матерії.
Нещодвно студенти Мічиганського університету зробили прорив, якм стосується молекули H₃⁺ — іонізованої форми водню, що відіграє ключову роль у формуванні зірок та хімічних процесах у міжзоряному просторі.
Щоб краще зрозуміти, як утворюється H₃⁺, команда науковців використала ультрашвидку лазерну спектроскопію та методи хімічного аналізу. Це допомогло їм не лише відтворити процеси в реальному часі, а й створити комп’ютерні моделі, які демонструють, як саме існує H₃⁺.
