В мире фундаментальной физики назревает сенсация. Долгие годы ученые сталкивались с необъяснимым расхождением в измерениях времени жизни свободных нейтронов — элементарных частиц, играющих ключевую роль в строении материи. Два основных метода измерений ("пучковый" и "бутылочный") давали результаты, отличающиеся на 10 секунд (888 против 878 секунд), что значительно превышало допустимую погрешность. Это противоречие, известное как "головоломка времени жизни нейтрона", возможно, нашло свое решение благодаря революционной теории Юджина Окса из Университета Оберна.
Суть открытия заключается в предположении о существовании особой формы водорода, не взаимодействующей со светом. Согласно расчетам Окса, примерно в 1% случаев нейтроны распадаются не на три частицы (протон, электрон и нейтрино), как считалось ранее, а образуют этот "темный" атом водорода и нейтрино. Поскольку такие атомы невозможно зафиксировать обычными детекторами, они создавали систематическую ошибку в измерениях, объясняя расхождение между двумя методами.
Особенность предложенной теории в том, что она не требует выхода за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц. Невидимый водород возникает как естественное решение уравнения Дирака — фундаментального уравнения квантовой механики. Ранее такие решения считались "нефизическими", но учет конечного размера протонов делает их вполне реальными. Эти экзотические атомы отличаются от обычного водорода тем, что их электроны находятся значительно ближе к ядру и не участвуют в электромагнитном взаимодействии, оставаясь совершенно "невидимыми" для традиционных методов наблюдения.
Потенциальные последствия этого открытия выходят далеко за рамки решения одной конкретной задачи. Окс предполагает, что подобные "темные" атомы могут составлять значительную часть барионной темной материи — таинственной субстанции, на которую приходится около 85% всей материи Вселенной. В 2020 году он уже показал, что наличие такого невидимого водорода в ранней Вселенной могло бы объяснить аномалии в реликтовом излучении.
Сейчас теория проходит экспериментальную проверку в ведущих научных центрах. В Национальной лаборатории Лос-Аламоса (США) и Научно-исследовательском центре Юлиха (Германия) готовятся эксперименты по обнаружению предполагаемых частиц. Методика основана на возбуждении атомов электронным пучком с последующим отделением обычного водорода при помощи лазера.
Если гипотеза подтвердится, это станет прорывом сразу в нескольких областях: Решение 50-летней загадки физики элементарных частиц. Новый взгляд на природу темной материи без привлечения экзотических частиц. Уточнение процессов нуклеосинтеза в ранней Вселенной. Возможное объяснение других астрофизических аномалий.
Как отмечает сам Окс, это открытие может переписать первые главы истории Вселенной, поскольку точное время жизни нейтронов критически важно для понимания процессов образования легких элементов в первые минуты после Большого взрыва. Более того, если окажется, что и другие атомы могут существовать в "темной" форме, это откроет совершенно новую главу в физике и космологии.
Пока научное сообщество с осторожным оптимизмом относится к новой теории. Многие исследователи подчеркивают необходимость тщательной экспериментальной проверки, но признают, что предложенное объяснение отличается элегантностью и не требует введения новых сущностей. Как говорил Эйнштейн, "все должно быть сделано настолько простым, насколько это возможно, но не проще" — и, возможно, решение одной из самых сложных загадок современной физики действительно было перед нами все это время, просто... невидимым.
А затем «Добавить на главный экран».