Neutronii, particule esențiale ale materiei, joacă un rol crucial în stabilitatea atomilor. Deși pot rămâne stabili atunci când sunt încorporați într-un nucleu atomic, neutronii liberi, care nu sunt legați de alte particule, se dezintegrează în medie după cincisprezece minute. Rezultatele contradictorii cu privire la durata lor de viață i-au nedumerit pe fizicieni de zeci de ani. O echipă de cercetători de la Universitatea Tehnică din Viena oferă o explicație fascinantă: ar putea exista stări excitate, necunoscute anterior, ale neutronului care le-ar influența astfel durata de viață.
Neutronii sunt particule neutre, ceea ce înseamnă că nu au sarcină electrică, spre deosebire de protonii care sunt încărcați pozitiv. Împreună, protonii și neutronii formează nucleul atomic, partea centrală a atomului. Stabilitatea acestui nucleu depinde de echilibrul dintre numărul de protoni și neutroni. Neutronii liberi nu fac parte dintr-un nucleu atomic (plutesc liber). Ca urmare, sunt predispuse la dezintegrare. Într-un nucleu, neutronii interacționează cu alte particule, cum ar fi protonii, datorită forțelor nucleare tari, care le conferă o anumită stabilitate. Atunci când sunt eliberați și plutesc liber, aceste forțe nu mai sunt prezente pentru a le menține. Acesta este motivul pentru care ei se dezintegrează.
Timp de aproape treizeci de ani, fizicienii au fost nedumeriți de rezultate contradictorii privind durata de viață a neutronilor liberi. În medie, un neutron liber se descompune după aproximativ 14 minute și 39 de secunde (sau 879 de secunde). Cu toate acestea, studiile au arătat că în experimentele în care neutronii sunt măsurați într-un fascicul (cum ar fi în reactoarele nucleare, unde sunt produși în timpul descompunerilor radioactive și direcționați printr-un tub pentru a fi numărați), durata medie de viață măsurată este adesea de aproximativ 880 de secunde. Pe de altă parte, atunci când neutronii sunt stocați într-o capcană creată de câmpuri magnetice, durata lor de viață pare să se extindă semnificativ până la aproximativ 887 de secunde. Această diferență de aproape șapte secunde în măsurători ridică întrebări cu privire la factorii care influențează stabilitatea neutronilor liberi și evidențiază necesitatea de a înțelege mai bine acest fenomen.
Benjamin Koch, cercetător la Universitatea Tehnică din Viena, și colegul său Felix Hummel, au analizat recent această enigmă. Ei sugerează că diferențele de viață ar putea fi datorate stărilor excitate necunoscute anterior ale neutronilor. Aceste stări ar putea influența apoi modul în care se dezintegrează neutronii. Concluziile au fost prezentate într-un articol publicat în Physical Review D. Ipoteza lui Koch și Hummel se bazează pe ideea că în timpul dezintegrării radioactive, neutronii există într-un amestec de stări. Unii neutroni ar fi în starea lor fundamentală, în timp ce alții ar fi în stări excitate cu puțin mai multă energie. Dacă această ipoteză este corectă, atunci neutronii dintr-un fascicul ar putea conține un număr mai mare de stări excitate, ceea ce ar explica de ce par să aibă durate de viață mai lungi. Pe de altă parte, neutronii dintr-o sticlă ar fi aproape exclusiv în starea lor fundamentală, care a avut timp să se stabilizeze. Astfel, probabilitatea ca un neutron să se descompună ar depinde puternic de starea acestuia, ceea ce ar putea duce la durate medii de viață diferite.
Propunerea pentru aceste stări excitate este semnificativă, deoarece ar putea nu numai să rezolve întrebări care au persistat de zeci de ani, dar ar putea avea și implicații mai largi pentru fizica particulelor. Dacă există stări excitate, ar putea schimba înțelegerea noastră despre dezintegrarea neutronilor și ar putea deschide calea pentru noi cercetări asupra naturii fundamentale a materiei.
