暗物质或因中子衰变露出马脚

中子约在14.5 min 内衰变，但其确切寿命仍有争议，原因是两类中子衰变实验给出了相互矛盾的测量结果。这一差异可能源于某些未知的实验系统误差，但也可能是因为中子会衰变成看不见的暗物质粒子。如今人们对这后一种设想产生了极大兴趣，并试图进行实验检验以限制相关理论模型。

自由中子衰变成质子、电子和中微子。有两类方式测量中子衰变，分别称为“瓶装”和“束流”。在瓶装实验中，将极冷的中子置于容器中，过一段时间再计数残留的中子。在束流实验中，人们研究一束中子流并计数衰变产生的质子。束流实验测得的中子寿命比瓶装实验大约长了9 s。

为了理解这一差异，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的Bartosz Fornal和Benjamín Grinstein 推测有少量中子会衰变为暗物质粒子。由于束流实验不能探测到暗物质通道的衰变，因此所推断的中子寿命将长于真实值。他们仔细考虑了中子衰变成暗物质和可见粒子的多种可能性，其中一种可能情形是，中子衰变成暗物质粒子同时还产生伽马射线。受这一猜想的启发，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的Christopher Morris 及其同事监测了一瓶超冷中子的伽马射线辐射，但没有发现明确信号，似乎排除了在782—1664 keV 能段内的伽马衰变通道。不过，一些其他衰变方式(如产生更低能量的伽马射线或根本不伴随伽马射线辐射)仍有可能。当然，人们今后还可通过寻找异常核衰变现象来做进一步检验。

(北京大学徐仁新编译自Michael Schirber. Physics，May 9，2018)

本文选自《物理》2018年第8期

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