​Lorsqu'il n'est pas confiné dans un noyau atomique, le neutron « libre » se désintègre en moyenne au bout d'un peu moins d'un quart d'heure. Or pour être plus précis, les physiciens sont confrontés à deux résultats de mesures apparemment incohérents : 880 secondes par comptage de neutrons disparus et 888 secondes par comptage des produits de désintégration. Une explication a été avancée : une partie des neutrons se désintègrerait-elle en particule de matière noire ?

Des chercheurs de l'Irfu ont eu l'idée de tester cette hypothèse sur des astres singuliers : les étoiles à neutrons. Leur masse peut atteindre jusqu'à deux masses solaires, avec un rayon inférieur à quinze kilomètres. La densité régnant en leur centre vaut cinq à dix fois celle du noyau des atomes. C'est la répulsion à courte distance entre les neutrons qui autorise la formation d'étoiles à neutrons jusqu'à deux masses solaires plutôt que des trous noirs.

Si les neutrons pouvaient se désintégrer en matière noire, la pression à l'intérieur de l'étoile diminuerait considérablement et la masse maximale atteindrait à peine 0,7 masse solaire, ce qui est contredit par les observations.

La connaissance précise de la durée de vie du neutron est essentielle pour décrire avec précision la nucléosynthèse primordiale des éléments légers, de l'hydrogène au béryllium, qui débute trois minutes seulement après le big bang et peut-être mettre en défaut le modèle standard de la physique des particules.