Le proton se décompose-t-il? Bien qu'il s'agisse d'une célèbre prédiction des grandes théories unifiées (tripes) développées dans les années 1970 et 1980, les expérimentateurs l'ont exclu – ou plutôt, limiter les limites inférieures à sa durée de vie moyenne d'environ 1034 années. C'est 20 ordres de grandeur supérieurs à l'âge de l'univers.
Mais deux physiciens se demandent: la vie pourrait-elle être différente dans d'autres endroits et à d'autres moments? Le proton aurait-il pu se décomposer plus rapidement dans le passé? Pourrait-il se décomposer plus rapidement ailleurs dans l'univers? Ils ont repensé certains processus de physique en supposant que le proton se décompose et a calculé des durées de vie possibles d'environ 1018 années. Ce n'est que quatre ordres de grandeur au-delà de la durée de vie de l'univers. Leur travail a été récemment publié dans Revue physique D.
« Les gens avaient précédemment posé diverses questions sur le type » Au cours des dernières décennies.
Pour étoffer cette possibilité, Denton et l'auteur principal Hooman Davoudiasl, également au Brookhaven National Laboratory, considéraient les possibilités où la chaleur de Proton Decay apparaîtrait dans le développement du noyau en fer de la Terre et dans une étoile à neutrons. Dans les intestins, la désintégration du proton pourrait procéder par l'un des deux canaux: dans un pion neutre et un positron, soit un pion positif et un neutrino. (La limite expérimentale de la durée de vie du proton du premier canal de désintégration est d'environ 62 fois celle du deuxième canal.)
Ici, les auteurs ont considéré un canal de désintégration d'un proton se décomposant en un pion positif et un fermion noir, « sombre » signifiant matière noire. Bien sûr, la matière noire, qui, selon les physiciens, doit exister, n'a pas encore été trouvée. Mais ici, ils sautent avant la découverte inévitable (très probablement). Si la masse de la particule de matière noire est inférieure à la masse de protons moins la masse pion, alors la désintégration du proton pourrait être beaucoup plus rapide que ne l'implique des expériences de laboratoire, comme la limite du détecteur de neutrinos Super-Kamiokande au Japon.
Ils ont d'abord considéré le noyau en fer solide de la Terre. Si les protons se décomposent comme ci-dessus, produisant de la chaleur, quelle vie est impliquée par le fait que le noyau intérieur n'est pas maintenant fondu? Parce que le noyau intérieur n'était pas toujours solide – les géologues croient qu'il est solide depuis environ 1 à 1,5 milliard d'années; D'autres estimations varient de 0,7 à 4,2 milliards d'années. Les auteurs trouvent cette production de chaleur d'environ quatre fois celle du noyau intérieur actuel, qui rayonne environ 1013 Watts en tant que corps noir à 6 200 K, ferait fondre la boule solide. Puisqu'il n'est pas fondu, ils trouvent que la durée de vie du proton doit être supérieure à 2 × 1018 années.
À la recherche de la production de chaleur anormale, ils ont considéré une étoile à neutrons. Le PSR PSR le plus froid J2144–3933 est connu, du télescope spatial Hubble, pour avoir une température inférieure à 42 000 K, et est connu pour avoir environ 0,3 milliard d'années. (Tous les pulsars sont des étoiles à neutrons, mais toutes les étoiles à neutrons ne sont pas des pulsars).
En supposant une masse d'environ 1,4 masses solaires et sachant que les protons représentent environ 10% du contenu baryonique d'une étoile à neutrons, cette étoile à neutrons contient environ 2 × 1056 protons. En assemblant leurs calculs, Davoudiasl et Denton constatent que la durée de vie du proton doit être supérieure à 1,5 et fois 1018encourageant à proximité de l'estimation du noyau intérieur.
Les contraintes sur les produits de désintégration de la matière noire et les contraintes du fond micro-ondes cosmiques ont donné une autre limite inférieure à vie de 2 × 1017 années. Ils ont également examiné plusieurs scénarios de «détecteur Paleo», tels que ceux décrits par Baum et al: Protons se décomposant dans un antinéutrino et un k+ (K est pour Kaon, un cousin plus lourd du pion.)
Cette expérience n'a pas pu être menée sur Terre en raison de ses grands arrière-plans induits par les neutrinos atmosphériques, mais il pourrait un jour être effectué sur l'olivine minérale extraite de la lune à quelques kilomètres sous la surface. Cette mesure fournirait une contrainte sur le nombre total de protons qui se sont décomposés au cours des milliards d'années.
Une autre contrainte provient de l'examen du rapport très bas (2 × 10-18de 14C /12C dans le gaz naturel. Le proton serait une source supplémentaire de 14C, donnant une limite inférieure d'environ 1019 années.
Davoudiasl a déclaré que l'examen de la désintégration du proton loin de la Terre ou à des moments beaucoup plus tôt « pourrait être réalisé, par exemple, si une force hypothétique à longue portée peut affecter la masse d'une nouvelle particule dans laquelle un proton peut se décomposer, ce qui rend la durée de vie du proton beaucoup plus courte lorsque ces décroissances sont autorisées énergiquement. »
Il existe une abondance de sources pour cette force hypothétique, qui peut changer près du système solaire alors que le soleil orbite le centre de la Voie lactée tous les 230 millions d'années, ce qui entraînerait une durée de vie de proton qui varierait selon l'espace et le temps.
