Quanto vive un neutrone libero prima di decadere? Una domanda cui i fisici cercano di dare una risposta da anni. I metodi utilizzati per calcolarlo mostrano risultati tra loro discordanti e un’importante scoperta sull’idrogeno della materia oscura.
Secondo i due approcci più utilizzati – quello a “fascio” e quello a “bottiglia” – la vita di un neutrone è di 888 secondi nel primo caso e di 878 nel secondo. Un divario che in studi come questo è fin troppo ampio per essere amputato ad errori nella fase sperimentale. Il fisico Eugene Oks ha tentato di porre fine a questo rompicapo. Le sue ricerche potrebbero persino spiegarci finalmente qualcosa in più sulla materia oscura. Per Oks, il neutrone decade in modo diverso rispetto a protoni, elettroni e antineutrini. In alcuni casi, invece, si trasforma in un neutrino o in un atomo che potremmo definire “idrogeno invisibile”.
L’idrogeno invisibile è tale perché del tutto indifferente alla luce, è “idrogeno oscuro” composto da un protone e un elettrone. Ridefinendo la riformulazione di Dirac sul comportamento dell’elettrone nella fisica quantistica, i fisici hanno verificato che l’elettrone è a distanze incredibilmente ravvicinate rispetto al protone. Questa vicinanza genera una trasparenza dell’atomo che lo rende invisibile, o meglio non visibile con gli strumenti tradizionali.
Secondo Oks, questa forma “invisibile” di idrogeno non è casualità, né un’eccezione statistica irrilevante. Potrebbe verificarsi in circa l’1% dei decadimenti neutronici – ed è proprio questa la parte inedita. Quell’1% è una percentuale sufficiente per colmare quanto più possibile la discrepanza tra le due principali tecniche sperimentali adottate. I metodi a bottiglia si basano sul conteggio dei neutroni in modo diretto, includendo anche quelli che decadono “di nascosto”. Mentre il metodo a fascio rileva le parti visibili del decadimento e li esclude portando a risultati molto più lunghi.
Atomi di idrogeno “invisibili”, il mistero della materia oscura secondo il fisico Eugene Oks
Se questi atomi di idrogeno esistono e sono così come emerge da queste ricerche, allora avremmo a che fare con uno dei misteri più antichi del mondo: la materia oscura nell’universo. Rispetto a molte ipotesi che chiamano in causa particelle esotiche e sconosciute, il modello di Oks resta all’interno del quadro della fisica quantistica standard. Oks aveva già fatto un’altra importante scoperta nel 2020 che potrebbe avere a che fare proprio con questa forma alternativa di idrogeno. Al momento, sta lavorando ad un nuovo esperimento per testare la presenza dell’idrogeno invisibile usando fasci di elettroni. Lo scopo è osservare le possibili differenze nel comportamento tra la forma ordinaria e quella “oscura” dell’atomo. Se l’esperimento andrà a buon fine, potremmo essere difronte ad una delle scoperte più significative del campo.