Η διάσπαση νετρονίων σε σωμάτια σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να λύσει τη διαφωνία που εμφανίζεται στα πειράματα

Τα νετρόνια διασπώνται μέσα σε 14,5 λεπτά περίπου, όμως ο ακριβής χρόνος ζωής τους είναι ακόμη υπό συζήτηση, καθώς δυο διαφορετικοί τύποι πειραμάτων διάσπασης νετρονίων δίνουν συγκρουόμενα αποτελέσματα. Η πηγή για αυτή την διαφοροποίηση θα μπορούσε να είναι κάποιο μη-προσδιορίσιμο ακόμη συστηματικό λάθος. Μια άλλη πιθανότητα, όμως, είναι ότι τα νετρόνια διασπώνται σε αόρατα σωμάτια που συνιστούν την ελλείπουσα σκοτεινή ύλη. Αυτή η νέα υπόθεση έχει πυροδοτήσει σημαντικά το ενδιαφέρον, με μια ομάδα των πειραματιστών ήδη να υποβάλλει την ιδέα σε έλεγχο. Τα αποτελέσματα της προσπάθειας αυτής περιορίζουν μια εκδοχή της θεωρίας, όμως άλλα σενάρια παραμένουν εφικτά.

Εκτός πυρήνα, ένα νετρόνιο διασπάται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο. Οι μελέτες αυτής της διαδικασίας διάσπασης γίνονται με δυο τρόπους, που είναι γνωστοί ως «τρόπος φιάλης» και «τρόπος δέσμης». Σε ένα πείραμα «φιάλης», οι ερευνητές βάζουν ένα σύνολο από υπέρψυχρα νετρόνια σε ένα δοχείο και μετρούν πόσα παραμένουν μετά την παρέλευση ορισμένου χρόνου. Σε ένα πείραμα «δέσμης», οι ερευνητές παρακολουθούν μια ροή νετρονίων και μετρούν τον αριθμό των πρωτονίων που δημιουργήθηκαν από τις διασπάσεις. Ο χρόνος ζωής των νετρονίων του τρόπου της «δέσμης», [14 λεπτά και 48 δευτερόλεπτα], είναι περίπου 9 δευτερόλεπτα μεγαλύτερος από την τιμή του τρόπου της «φιάλης», [14 λεπτά και 39 δευτερόλεπτα].

Οι Bartosz Fornal και Benjamín Grinstein από το Πανεπιστήμιο της California, στο San Diego, προτείνουν μια λύση για αυτή την διαφορά που υποθέτει ότι τα νετρόνια 1% του χρόνου διασπώνται σε σωματίδια σκοτεινής ύλης. Επειδή τα πειράματα «φιάλης» δεν θα ανίχνευαν τις διασπάσεις αυτές, ο εξαγόμενος από αυτούς χρόνος ζωής του νετρονίου θα είναι μεγαλύτερος από την πραγματική τιμή.

Οι Fornal και Grinstein διερεύνησαν διάφορα σενάρια με διασπώμενα νετρόνια σε διάφορους συνδυασμούς σκοτεινής ύλης και ορατών σωματιδίων. Σε ένα από αυτά τα σενάρια, οι «σκοτεινές» διασπάσεις του νετρονίου συνοδεύονταν από ακτίνες γάμμα. Εμπνευσμένοι από την πιθανότητα αυτή, ο Christopher Morris από το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos, στο Νέο Μεξικό και οι συνεργάτες του παρακολούθησαν την εκπομπή ακτίνων γάμμα από ένα δοχείο υπέρψυχρων νετρονίων. Δεν βρήκαν κανένα σήμα, στοιχείο που οδηγεί στο να αποκλείεται η προτεινόμενη διάσπαση να εντοπίζεται στην περιοχή ενέργειας φωτονίου 782 με 1664 keV. Όμως άλλα σενάρια διάσπασης – που παράγουν χαμηλότερη ενέργεια ακτίνων γάμμα ή μη-γάμμα – είναι ακόμη πιθανά και μπορεί να ελεγχθούν αναζητώντας για ανωμαλίες στις πυρηνικές διασπάσεις.