由一种称为β辐射的衰变过程产生的粒子轨迹。
中子寿命的确切时间目前正在讨论中。现在研究人员认为，如果中子有时衰变成暗物质粒子（这种无形物质被认为占宇宙中所有物质的五分之四以上），那么暗物质这个谜团可以解决。一系列的研究正在将这个想法付诸实践。
质子、电子和中子构成了大部分可见宇宙。没有中子，复杂的原子核根本就不稳定。
但根据现有的数据，一旦在原子核外面，中子会在大约15分钟后衰变变成质子，电子和中微子。虽然80多年前就发现了中子，但其平均寿命的确切值仍然是一个悬而未决的问题。
探测中子的寿命有两种不同的方法。其中之一是科学家将超冷中子放在瓶子里，看看在一段时间之后剩下多少中子。另一方面，研究人员对中子束进行分析，以了解在给定的时间和空间内有多少个质子衰变。
奇怪的是，光束实验表明，中子的平均寿命约为888秒，比瓶子实验的时间长大约9秒。“当中子的寿命是通过两种不同的方法测量的，结果不一样，我们就有危机 - 是我们对物理定律错误的基本理解？”加州大学圣地亚哥分校物理系主任Benjamín Grinstein说。
Grinstein说，经过几十年来对两种实验方法的微调，物理学家“没有理由怀疑不同测量会产生差异”。“我们留下了非常现实的选择，我们需要考虑以基本方式改变物理定律。”
研究人员现在认为，约有1％的时间中子会衰变，并分解成几个已知的粒子，同时也会产生暗物质粒子。这可能有助于解释科学中最大的谜团之一。
暗物质粒子的存在被提出来帮助解释各种宇宙谜题，例如为什么星系可以像看到的那样快速旋转而不会被撕开。科学家已经在很大程度上排除了所有已知的普通材料作为暗物质的候选物 - 如果存在的话。迄今为止的共识是它由新物质组成，这些物质与普通物质的电磁相互作用很弱。
由于射束实验的重点是中子衰变成质子，所以它们不能解释产生暗物质粒子的衰变模式，因此它们给中子的寿命不同于瓶子实验。
研究的主要作者Bartosz Fornal是加州大学圣地亚哥分校的理论物理学家，他说：“如果好的老中子变成能够探测宇宙暗物质部分的粒子，那真是太棒了。Fornal和Grinstein在5月9日在“物理评论快报 ”上发表了他们的论文。
物理学家探索了几种不同的中子“暗衰减”情景，其中中子会分解成暗物质粒子和普通分量，如伽马射线或电子。“我们提出的新粒子是黑暗的，就像暗物质一样，它们与正常物质相互作用微弱，”格林斯坦说。
Fornal和Grinstein的工作迄今为止启发了大约十几项研究其影响的研究。例如，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的核物理学家克里斯托弗莫里斯和他的同事们从一瓶超冷中子搜索到了伽马射线，但是他们的仪器在可以观察到的窗口内没有发现任何东西。
这个想法的另一组测试集中在中子星上，这些中子星是巨星死亡时形成的超中子星团。
伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的理论粒子物理学家杰西谢尔顿和她的同事们指出，中子星不会形成黑洞，因为它们的引力场不足以压碎中子。然而，如果中子能衰变成暗物质，它可能会导致中子星具有足够的质量，因为它们自身的重力而坍缩。这意味着有70％太阳质量的中子星也可能会形成黑洞，这比以前的估计要轻得多。
然而，谢尔顿指出，如果中子确实衰变成暗物质，它们不会产生仅仅一种粒子，而是至少产生两种粒子，这些新粒子之间的相互作用可能会阻止较大的中子星陷入黑洞。“我们从中子星看到的结果表明，中子衰变或者不会变成暗物质粒子，或者至少两粒，”谢尔顿说。“也许我们宇宙的黑暗部分比我们想象的要丰富。”
Fornal和Grinstein承认，未来的实验也可能证明，中子寿命异常与暗物质完全无关。法国格勒诺布尔劳厄 - 朗热文研究所的Perkeo III分析中子性质的高度精确的实验“似乎能够决定奇异中子黑暗衰变的可行性，”布鲁克海文国家实验室的理论物理学家威廉马西亚诺说。他和他的同事在纽约Upton的一项研究中探索了一项研究，该研究在5月16日在线发表在“物理评论快报”上。
另一个可能的测试涉及检查原子核中的中子衰变。波兰华沙大学的核物理学家Marek Pfutzner说，计划在今年夏天在日内瓦的ISOLDE放射性核原子束设施上进行一项实验，试图观测以铍-11衰变形式发射的质子。
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