Физики приблизились к обнаружению распада протона

Фундаментальные строительные блоки жизни, такие как водород и кислород, кажутся нам стабильными, однако многие физические теории предсказывают, что они на самом деле обладают колоссальным, но не бесконечным временем жизни. Частицы в их ядрах могут очень медленно распадаться.

Цепочка распада протона. Источник: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/cxvm-p412

Чтобы проверить эту идею, исследователи ищут свидетельства такого распада, пытаясь зафиксировать слабые сигналы от распадающихся протонов в обсерватории «Супер-Камиоканде» в Японии.

Пока что убедительных сигналов распада протона не обнаружено. Это означает, что если протон и распадается, то его время жизни, вероятно, превышает 10³³ лет — единицу с 33 нулями.

Однако японская обсерватория не может увидеть все типы распада протона: если продукты распада обладают слишком низкой энергией, они останутся невидимыми для детектора.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, физики из Виргинии показали, что две другие обсерватории — Цзянмыньская подземная нейтринная обсерватория (JUNO) и Глубокий подземный нейтринный эксперимент (DUNE) — вскоре смогут детектировать эти низкоэнергетические распады протонов благодаря своим взаимодополняющим конструкциям детекторов.

«Снижение порога обнаружения откроет гораздо более широкое окно возможностей, позволяя уловить распады, которые могли ускользнуть от предыдущих поисков», — заявил Иэн Шумейкер, доцент кафедры физики и соавтор исследования.

В сотрудничестве с Джулианом Хиком из Университета Виргинии Шумейкер обнаружил, что эксперименты по распаду протонов также могут быть чувствительны к протонам, распадающимся в любом месте внутри Земли, если они распадаются на новые элементарные частицы.

Что наиболее интригующе, по словам Шумейкера, одной из этих новых частиц может быть давно разыскиваемый «стерильный нейтрино», что, наконец, позволит ученым понять происхождение массы нейтрино.

«Наше первоначальное исследование этих сигнатур указывает на множество новых захватывающих возможностей для теоретической и экспериментальной работы, которые могут привести к революционному открытию новой физики», — добавил Шумейкер.

Больше информации: Julian Heeck et al, Nucleon Decays into Light New Particles in Neutrino Detectors, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/cxvm-p412