解开谜团：中子寿命和新的量子难题

中子的寿命有多长?不同的测量结果相互矛盾。

维也纳技术大学的研究人员提出，自由中子可能存在于以前未知的激发态中，这可能解决中子束和磁性“瓶”之间测量的寿命差异。该假设表明，这些状态可能会显著改变衰变率，这促使人们需要进行新的实验来验证这一理论，国际上对此的兴趣已经达到顶峰。

中子衰变困境

中子是构成物质的基本粒子。当它们成为稳定原子核的一部分时，它们可以无限期地留在那里。然而，自由中子(未与原子核结合的中子)平均在约十五分钟后衰变。

然而，奇怪的是，科学家在测量自由中子的寿命时观察到了相互矛盾的结果。结果取决于中子是在中子束中研究还是被限制在磁场的“瓶子”中。维也纳技术大学的一个研究小组提出了一种可能的解释：中子可能具有以前未知的激发态。在这些状态下，中子的能量可能略高一些，寿命也不同，这可以解释这种差异。该团队已经在探索检测这些激发中子状态的方法。

两种测量方法，两种结果

中子可以毫无理由地、纯属偶然地根据量子理论定律自发衰变——变成质子、电子和反中微子。如果它是自由中子，这种情况尤其可能发生。如果中子与其他粒子结合形成原子核，它就可以稳定存在。

自由中子的平均寿命出奇地难以测量。“近三十年来，物理学家们一直被这个问题上相互矛盾的结果所困扰，”维也纳技术大学理论物理研究所的 Benjamin Koch 说。他与同事 Felix Hummel 一起分析了这个难题。两人还与维也纳技术大学原子研究所 Hartmut Abele 领导的中子研究团队密切合作。