Эксперимент с ультрахолодными нейтронами в PSI (Швейцария) не выявил признаков осцилляций в «зеркальный мир»

Швейцарский институт Пауля Шеррера (PSI) 28 июля сообщил, что в ходе эксперимента с ультрахолодными нейтронами исследователи института зарегистрировали около 25 миллиардов нейтронов и не обнаружили признаков самопроизвольного превращения нейтронов в «зеркальные нейтроны». Результаты исследования с высокой степенью достоверности ограничивают теоретическую возможность исчезновения нейтронов в так называемом «зеркальном мире».

Гипотеза «зеркального мира» предполагает, что для каждой элементарной частицы в реальном мире может существовать соответствующая зеркальная частица, например зеркальный электрон, зеркальный протон и зеркальный нейтрон. Такие частицы чрезвычайно слабо взаимодействуют с обычным веществом и могут быть связаны в основном через гравитацию или редкие осцилляции нейтральных частиц, поэтому они также рассматривались как один из кандидатов в темную материю.

Исследователи Центра нейтронных и мюонных наук PSI отметили, что доказать существование зеркальных частиц только на основе гравитационного взаимодействия сложно, поэтому эксперимент был сосредоточен на вопросе о том, могут ли нейтральные частицы осциллировать между обычным материальным миром и зеркальным миром. Согласно соответствующим гипотезам, электрически нейтральные частицы, такие как нейтроны, в редких случаях могут превращаться в зеркальные частицы, что в эксперименте проявляется как «исчезновение»; впоследствии они также могут снова превращаться в обычные нейтроны.

Для проверки этой идеи исследовательская группа PSI совместно с учеными Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Ягеллонского университета в Кракове провела прецизионные измерения с использованием ультрахолодных нейтронов, полученных на высокоинтенсивном протонном ускорителе PSI. В ходе эксперимента исследователи хранили ультрахолодные нейтроны в специальном немагнитном вакуумном контейнере из нержавеющей стали и осуществляли высокоточный контроль окружающего магнитного поля с помощью магнитных катушек. Поскольку вероятность осцилляций между нейтроном и зеркальным нейтроном очень чувствительна к магнитному полю, экспериментальная группа постепенно изменяла напряженность и направление магнитного поля в процессе измерений, чтобы охватить соответствующие области возможных осцилляций.

Исследователи каждые примерно 5 минут помещали в большой бак из нержавеющей стали около 1,5 миллиона нейтронов, а после хранения в течение примерно 200 секунд опустошали бак и подсчитывали оставшиеся нейтроны. Этот процесс продолжался несколько месяцев, и в итоге суммарное количество измеренных нейтронов составило около 25 миллиардов. Результаты эксперимента показали, что в пределах просканированных условий не было обнаружено сигнала осцилляций нейтронов в зеркальные нейтроны.

Исследователи PSI считают, что этот результат практически исключает ранее выдвинутые предположения о превращении нейтронов в зеркальные частицы. Хотя эксперимент не обнаружил доказательств существования зеркального мира, он по-прежнему имеет важное справочное значение для физики элементарных частиц и теоретических исследований темной материи. Исследователи отметили, что дальнейшее сужение пространства параметров соответствующих гипотез в результате эксперимента побудит теоретическую физику искать новые пути объяснения.