Согласно стандартной модели физики частиц, свободные нейтроны проходят процесс бета-распада, который трансформирует нейтрон в протон, электрон и антинейтрино. Для измерения среднего времени жизни нейтрона физики применяют два метода. Первый, «бутылочный метод», считает количество нейтронов, оставшихся в контейнере спустя определенный период времени. Второй, «пучковый метод», измеряет количество протонов, вышедших из электромагнитной ловушки, сквозь которую пропустили нейтронный луч.

Ученые проводят эти эксперименты вот уже почти 30 лет, но сталкиваются со все той же проблемой — бутылочный метод определяет среднее время жизни нейтрона в 880 с, тогда как пучковый — 888 с. Разница в восемь секунд слишком существенна, чтобы ее можно было игнорировать, пишет Physics World.

По мнению команды физиков под руководством Беньямина Коха и Феликса Хуммеля из Венского технического университета, эта разница возникает из-за ядерного распада, создающего свободные нейтроны в различных состояниях. Некоторые из них могут быть в основном состоянии, например, тогда как другие — в более высокоэнергетическом возбужденном состоянии. В результате изменится и время жизни нейтрона, поскольку элементы в матрице переходов для нейтронов в возбужденном и в основном состоянии будут разными.

Возвращаясь к двумя методам измерения, ученые поясняют, что нейтронные пучки будут, таким образом, содержать несколько разных нейтронных состояний, а нейтроны в бутылке, наоборот, почти все будут пребывать в основном состоянии — просто потому, что им хватает времени на то, чтобы остыть, прежде чем их начнут измерять.

Экспериментально доказать наличие этих разных состояний можно, считают авторы исследования.

Обычно нейронам это не свойственно, но ученые из США смогли сделать так, чтобы они слиплись при помощи сильного взаимодействия в квантовую точку, состоящую из десятков тысяч атомных ядер. Это открытие может стать новым инструментом для выявления базовых свойств материалов на квантовом уровне.