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Teilchenphysik: Zwiespältige Stabilität des Neutrons

Das Neutron hat zwei verschiedene Lebensdauern – je nachdem, mit welcher Methode Physiker sie bestimmen. Seit Jahren suchen die Forscher daher nach unentdeckten Fehlerquellen. Unterdessen untermauern neue Experimente lediglich die Diskrepanz und schließen erste, unkonventionelle Erklärungen mit Dunkler Materie aus.
Strahlungsdetektor

Physiker können Neutronen aus Atomen entfernen, die elektrisch neutralen Kernbauteilchen in einer Art Flasche lagern und zu verschiedenen Zeitpunkten zählen, wie viele noch übrig sind. Dabei stellen sie fest, dass die Lebensdauer eines freien Neutrons im Durchschnitt 14 Minuten und 39 Sekunden beträgt. Andere Wissenschaftler erzeugen Strahlen aus einzelnen Neutronen und messen über den Umweg von Protonen, die beim Zerfall entstehen, einen anderen Wert: 14 Minuten und 48 Sekunden.

Die Diskrepanz zwischen Flaschen- und Strahlexperimenten besteht, seit entsprechende Versuche in den 1990er Jahren erste Ergebnisse lieferten. Zunächst hat das niemanden beunruhigt, denn die Messfehler waren anfangs groß. Doch obwohl sich beide Ansätze technisch stetig verbessert haben, stimmen die Werte noch immer nicht überein. Nun haben US-Forscher des Los Alamos National Laboratory in New Mexico die Lebensdauer des Neutrons auf die bislang genaueste Weise be­stimmt. Dazu haben sie einen neuen Typ Flasche verwendet, mit dem sie einige mögliche Fehlerquellen früherer Versuche ausschließen konnten. Das Ergebnis löst die Unterschiede zu den Strahlexperimenten jedoch keinesfalls auf, sondern verfestigt sie – denn der neue Wert stimmt mit dem alten überein. Damit steigen die Chancen, dass hinter dem Phänomen unbekannte Naturgesetze stecken ...

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  • Quellen

Fornal, B., Grinstein, B.: Dark Matter Interpretation of the Neutron Decay Anomaly. https://arxiv.org/abs/1801.01124

Pattie, R. W. Jr. et al.: Measurement of the Neutron Lifetime Using an Asymmetric Magneto-Gravitational Trap and in Situ Detection. https://arxiv.org/abs/1707.01817

Tang, Z. et al.: Search for the Neutron Decay n X+γ where X is a Dark Matter Particle. https://arxiv.org/abs/1802.01595