Эксперимент PSI исключил превращение нейтронов в зеркальную материю

Коллаборация на базе Института Пауля Шеррера (PSI, Швейцария) поставила точку в многолетней загадке аномальных сигналов, которые интерпретировались как возможное превращение нейтрона в зеркального двойника. Новый эксперимент не обнаружил никаких отклонений от нулевой гипотезы и установил наиболее жёсткие ограничения на время осцилляции в диапазоне гипотетического зеркального магнитного поля от 1 до 100 микротесла. Области параметров, которым предыдущие работы приписывали статистическую значимость вплоть до 5σ, исключены на 99,98% полного телесного угла направлений зеркального поля.

Гипотеза зеркальной материи восходит к работам Ли и Янга 1956 года. Она предполагает, что у каждой частицы Стандартной модели существует массово-вырожденный партнёр — электрон e′, протон p′, нейтрон n′ и так далее. Эти партнёры стерильны относительно известных взаимодействий, кроме гравитации. Такой сектор естественно объясняет тёмную материю. Нейтрон в этой картине — удобный объект для проверки, поскольку квантовомеханическое смешивание n–n′ не подавлено жёстко.

Проблема в том, что обнаружить такой переход напрямую почти невозможно. Если нейтрон и зеркальный нейтрон вырождены по массе, то осцилляция резонансно усиливается при совпадении обычного и зеркального магнитных полей. Поскольку зеркальное поле Земли неизвестно, требуется сканирование широкого диапазона. В экспериментах с ультрахолодными нейтронами превращение в стерильное состояние выглядит как аномальная потеря частиц из ловушки.

Начиная с 2007 года на нескольких установках были зафиксированы отклонения от ожидаемого счёта нейтронов на уровнях значимости 2,5σ, 3σ и 5,2σ. Анализ показал, что эти аномалии могли быть связаны с систематическими эффектами, но они привлекли внимание. Новый эксперимент PSI, более точный и с лучшим контролем систематических ошибок, не подтвердил эти сигналы. Это означает, что гипотеза о зеркальной материи в контексте осцилляций нейтронов не находит поддержки в новых данных.

Новый эксперимент PSI закрывает одно из последних окон для существования зеркальной материи в этом сценарии. Это важный шаг для физики, но он также означает, что учёным придётся искать другие способы объяснения тёмной материи. Однако стоит отметить, что эксперимент исключает лишь конкретную модель осцилляций нейтрон-зеркальный нейтрон, а не саму идею зеркальной материи. Возможны другие механизмы, которые остаются за рамками этого исследования. Пока же мы имеем дело с тем, что одна из гипотез, казавшихся многообещающими, не подтвердилась. Это нормальный процесс научного познания, где отрицание — такой же важный результат, как и подтверждение.

Читайте также: