圖中是β衰變過程產生的粒子軌跡。
中子壽命究竟有多長，目前正處於爭論之中。現在，研究人員認為，如果中子存在可能衰變為暗物質的粒子，這一奧秘就能得到解決。暗物質是一種無形的物質，普遍認為它佔了宇宙所有物質的五分之四以上。現在，一系列的研究正在把這一假說付諸實踐。
中子與質子和電子一起，構成了可見宇宙的大部分。沒有中子，複雜的原子核是不穩定的狀態。
但根據現有的數據，中子的半衰期為15分鐘，一旦超出原子核範圍之外，中子就會衰變成質子、電子和中微子。儘管中子是在80多年前被發現的，但它的平均壽命的精確值仍然是一個懸而未決的問題。
有兩種不同的方法來探測中子的壽命。在其中一項研究中，科學家將超冷中子（以極慢速度運動的中子）放入一個瓶子中，並觀察在一段時間後剩餘的中子數。在另一種情況下，研究人員分析了中子束，以觀察在給定的空間和時間內，有多少衰變成了質子。
奇怪的是，中子束實驗表明，中子的平均壽命大約是888秒，比瓶子實驗的時間長約9秒。加州大學聖地亞哥分校的物理學教授、資深作家Benjamín Grinstein表示：“當中子的生命週期使用兩種不同的方法測量時，結果是不同的，我們就面臨一場危機——是我們對物理定律的基本理解錯了嗎？”
經過幾十年對實驗方法的微調，物理學家們“沒有找到任何理由懷疑這種差異是來自於不良測量，”Grinstein說，“我們面臨著一個非常現實的選擇，那就是我們需要考慮從根本上改變物理定律。”
研究人員現在提出，在中子衰變的時間裡，大約有1%的時間，隨著分解成一些已知的粒子，它們也會產生暗物質粒子。這可能有助於解釋科學中最大的謎團之一。
暗物質粒子的存在被用來解釋各種各樣的宇宙謎題，比如為什麼星系可以像人們看到的那樣快速旋轉而不被撕裂。科學家們已經基本上排除了所有已知的普通材料作為暗物質的候選者——如果它存在的話，目前的共識是它是由新的粒子組成的，而這些粒子只會與普通物質有微弱的相互作用。
由於中子束實驗的重點是衰變為質子的中子，所以它們不能解釋有可能產生暗物質粒子的衰變方式，因此這一實驗得出的中子壽命與瓶子實驗的不同。
加州大學聖地亞哥分校的理論物理學家Bartosz Fornal說：“如果能讓我們探測到宇宙中暗物質的粒子，那真是太神奇了。”
物理學家們探索了幾種不同的中子“暗衰變”的情形，其中中子會同時分解成暗物質粒子和諸如伽馬射線或電子之類的普通成分。“我們提出的這種新粒子是微不可見的，就像暗物質一樣，它們只會與正常物質發生微弱的相互作用，”Grinstein說到。
到目前為止，Fornal和Grinstein的實驗激發了大約12個研究的靈感。例如，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的核物理學家Christopher Morris和他的同事們從超冷中子中尋找伽馬射線，但是在他們的儀器所檢測的範圍內無法觀察出任何物質。
這一想法的另一組測試集中在中子星上，中子星是超級密集的中子簇，在巨星死亡時可以形成。
伊利諾伊大學厄巴納香檳分校的理論粒子物理學家Jessie Shelton和她的同事們指出，中子星並不會塌陷形成黑洞，因為它們的引力場不足以摧毀中子。然而，如果中子可以衰變為暗物質，它可能會導致具有足夠質量的中子星由於自身的重力而坍縮。這就意味著有70%太陽質量的中子星會坍縮成黑洞，這比之前的估計要輕得多。
然而，Shelton指出，如果中子確實可以衰變為暗物質，它們不會僅僅產生一種粒子，而是至少會產生兩種粒子，而且這些新粒子之間的相互作用可能會阻止更大的中子星坍縮成黑洞。“我們從中子星上看到的結果表明，中子要麼衰變為暗物質粒子，要麼至少衰變為兩種粒子，”Shelton說，“也許我們宇宙的黑暗部分比我們想象的更豐富。”
但未來的實驗可能會證明中子壽命異常與暗物質完全無關。
另一個可能的測試是檢查原子核中的中子衰變。波蘭華沙大學的核物理學家Marek Pfutzner說，定於今年夏天在日內瓦的伊索德放射性核束設施進行的一項實驗將試圖觀察鈹-11衰變發射出的質子。
“如果成功的實驗結果越來越多，我們對於暗衰變領域的不足就會越來越少。但若我們的實驗舉步不前，大家也會非常興奮，積極地繼續研究相關領域。”Pfutzner說道。
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