Загадка нестабильности протона: может ли он распадаться по-разному в разных уголках Вселенной?

Физики десятилетиями считали протон абсолютно стабильной частицей, однако Великие объединенные теории (GUTs), разработанные в 1970-80-х годах, предсказали возможность его распада. Несмотря на многочисленные эксперименты, проведенные на Земле, которые установили нижний предел времени жизни протона около 10^34 лет (что в 24 раза превышает возраст Вселенной), ученые продолжают задаваться вопросом: может ли скорость распада протона варьироваться в разных местах космоса или в разные периоды времени?
Загадка нестабильности протона: может ли он распадаться по-разному в разных уголках Вселенной?
Изображение носит иллюстративный характер

Новое исследование, опубликованное в Physical Review D физиками Питером Дентоном и Хуманом Давудиаслом из Брукхейвенской национальной лаборатории, предлагает интригующую гипотезу. Ученые рассчитали, что время жизни протона может составлять около 10^18 лет — это все еще в 8 раз превышает возраст Вселенной, но значительно меньше, чем показывают лабораторные эксперименты.

Исследователи рассматривают специфический канал распада, при котором протон превращается в положительный пион и темный фермион. Термин «темный» указывает на то, что эта частица слабо взаимодействует с частицами Стандартной модели. Если масса этой темной частицы меньше, чем масса протона за вычетом массы пиона, распад может происходить быстрее, чем предполагают лабораторные ограничения.

Для проверки своей гипотезы ученые обратились к геофизическим данным. Внутреннее ядро Земли находится в твердом состоянии примерно 1-1,5 миллиарда лет (оценки варьируются от 0,7 до 4,2 миллиарда лет) и излучает около 10^13 ватт энергии как абсолютно черное тело при температуре 6200 К. Если бы протоны распадались слишком быстро, выделяемое тепло расплавило бы твердое внутреннее ядро. Поскольку ядро остается твердым, время жизни протона должно превышать 2 × 10^18 лет.

Дополнительные доказательства были получены при изучении самого холодного известного пульсара PSR J2144–3933. Этот нейтронный объект имеет температуру менее 42 000 К (измерено космическим телескопом Хаббл), возраст около 0,3 миллиарда лет и массу примерно 1,4 солнечных масс, содержащую приблизительно 2 × 10^56 протонов. Расчеты показывают, что время жизни протона должно превышать 1,5 × 10^18 лет.

Исследователи также рассмотрели ограничения, накладываемые космическим микроволновым фоном, которые предполагают нижний предел времени жизни в 2 × 10^17 лет. Были проанализированы сценарии «палеодетекторов», включая потенциальные эксперименты с использованием оливина с Луны. Очень низкое соотношение (2 × 10^-18) изотопов 14C/12C в природном газе указывает на нижний предел около 10^19 лет.

Давудиасл предложил интересный теоретический механизм, объясняющий возможные вариации в скорости распада протона. Он предполагает существование гипотетической силы дальнего действия, которая может влиять на массу частиц, участвующих в распаде протона. Эта сила могла бы меняться по мере того, как Солнце совершает оборот вокруг центра Млечного Пути каждые 230 миллионов лет, что приводило бы к изменению времени жизни протона в зависимости от местоположения в пространстве и времени.

Если эта гипотеза подтвердится, она может революционизировать наше понимание фундаментальных взаимодействий и стабильности материи во Вселенной, открыв новую главу в физике элементарных частиц и космологии.


Новое на сайте

19728Как учёным впервые удалось составить полную карту нервов клитора? 19727Homo habilis: самый древний «человек», который, возможно, им не является 19726Как северокорейские хакеры взломали одну из самых популярных библиотек JavaScript 19725Почему риски от подрядчиков стали главной дырой в кибербезопасности 19724Как выживший во второй мировой придумал нападение гигантского кальмара 19723Что если вселенная никогда не начиналась с точки бесконечной плотности? 19722Доживёт ли комета MAPS до субботы? 19721Квантовый процессор IBM побил сразу два рекорда — что это меняет? 19720Как северная Корея похитила $285 миллионов у Drift через предподписанные транзакции? 19719Как хакеры через одну дыру в Next.js украли ключи от 766 серверов? 19718Artemis II покинул земную орбиту и летит к луне 19717NASA показало невиданные снимки кометы 3I/ATLAS и запечатлело старт лунной миссии Artemis... 19716Сифилис появился 4000 лет назад — или его находили не там, где искали? 19715Энергетический дисбаланс земли зашкаливает, и учёные не могут это объяснить 19714Cisco закрыла две критические уязвимости с рейтингом 9.8 из 10 в системах IMC и SSM
Ссылка