Для измерения среднего времени жизни нейтронов часто используется ядерный реактор в качестве источника нейтронов. Свободные нейтроны образуются в ходе радиоактивного распада в реакторе, затем направляются в нейтронный пучок, где их можно точно измерить. Однако можно также использовать другой подход и попытаться хранить нейтроны в своего рода «бутылке», например, с помощью магнитных полей. «Это показывает, что нейтроны из нейтронного пучка живут примерно на восемь секунд дольше, чем нейтроны в "бутылке"», — говорит Кох.

По мнению Коха и Хуммела, это несоответствие можно объяснить, если предположить, что нейтроны могут иметь возбужденные состояния — ранее не открытые состояния с более высокой энергией. Такие состояния хорошо известны для атомов и являются основой, например, для лазеров. «С нейтронами гораздо сложнее точно рассчитать такие состояния», — добавил Кох.

Гипотеза исследователей заключается в том, что когда свободные нейтроны появляются в результате радиоактивного распада, они изначально находятся в смеси различных состояний: некоторые из них являются обычными нейтронами в так называемом основном состоянии, но некоторые из них находятся в возбуждённом состоянии, с немного большей энергией. Однако со временем эти возбуждённые нейтроны постепенно переходят в основное состояние.

Если теория о возбуждённых состояниях нейтронов верна, то это будет означать, что в нейтронном пучке в значительных количествах присутствуют несколько различных состояний нейтронов. С другой стороны, нейтроны «в бутылке» будут почти исключительно нейтронами в основном состоянии. В конце концов, для охлаждения и захвата нейтронов «в бутылке» требуется время — к этому моменту подавляющее большинство уже вернётся в основное состояние.

Согласно этой модели, вероятность распада нейтрона сильно зависит от его состояния. Логично, что это также приводит к разным средним временам жизни нейтронов в нейтронном пучке и нейтронов «в нейтронной бутылке».

«Наша модель показывает диапазон параметров, в котором нам нужно искать. Время жизни возбуждённого состояния должно быть короче 300 секунд, иначе не получится объяснить разницу. Но оно также должно быть длиннее 5 миллисекунд, иначе нейтроны уже вернулись бы в основное состояние до того, как достигли бы эксперимента с пучком», — резюмировал Кох.

Гипотеза о ранее не обнаруженных состояниях нейтрона может быть проверена с использованием данных прошлых экспериментов. Однако эти данные должны быть переоценены, и для убедительного доказательства потребуются дальнейшие эксперименты. Такие эксперименты сейчас планируются.

С этой целью исследователи тесно сотрудничают с командами Института атомной и субатомной физики Венского технического университета, чьи эксперименты PERC и PERKEO хорошо подходят для этой задачи. Исследовательские группы из Швейцарии и Лос-Аламоса в США также уже проявили интерес к использованию своих методов измерения для проверки новой гипотезы.

Технически и концептуально ничто не препятствует необходимым измерениям. Поэтому авторы надеются вскоре узнать, действительно ли новый тезис решил десятилетнюю проблему в физике.