Од 1960-их научници су теоретизирали да је Универзум испуњен мистериозном, невидљивом масом. Позната као "тамна материја", процењује се да ова маса чини отприлике 85% материје у Универзуму и четвртину њене густине енергије. Док се ова маса посредно посматра и проучава, сви покушаји да се утврди њена права природа до сада су пропали.
Да би се решило ово питање, изводе се бројни експерименти који се ослањају на неизмерно софистициране инструменте. Један од њих, назван КСЕНОН, недавно је приметио процес који је претходно избегавао вишеструке покушаје откривања. Ови резултати могли би помоћи научницима да побољшају своје разумевање неутрина, за које неки научници верују да је сачињена од тамне материје.
Резултати (КСЕНОН1Т) су се појавили као део студије која је недавно објављена у часопису Природа. КСЕНОН је заједнички експериментални пројекат од око 160 научника из Европе, САД и Блиског Истока. Тренутно је води проф. Елена Априле са Универзитета Цолумбиа, а управља Национална лабораторија Гран Сассо (ЛНГС) у Италији.
Као и други експерименти са тамном материјом, он има за циљ да открије потенцијалне честице тамне материје познате као слабо интерактивне масивне честице (ВИМПС). У ту сврху, објекат се налази дубоко под земљом како би се избегле сметње из других извора неутрина (који укључују соларне неутрине које редовно ствара Сунце и космички неутрино).
У случају експеримента КСЕНОН, то укључује посматрање коморе напуњене течним ксеноном-124 ради знакова интеракције честица. Ови знакови би пружили прве директне експерименталне доказе о честицама тамне материје. И док њихов први скуп резултата није потврдио постојање тамне материје, приметио је пропадање атомских језгара Ксенон-124 по први пут.
Из више разлога, ово је било огромно достигнуће. Осим што је први историјски, полуживот измерен за Ксенон-124 приближно је три билиона пута дужи него што је старост Универзума (13,8 милијарди година). Ово чини радиоактивно распадање које су приметили - такозвани двоструки хватање електрона Ксенон-124 - најрјеђи процес икада запажен у детектору.
Како је проф. Цхристиан Веинхеимер - са Универзитета у Мунстеру, чија је група водила студију - објаснио у КСЕНОН-овом саопћењу за јавност:
"Чињеница да смо успели да посматрамо овај процес директно показује колико је заправо наша метода детекције - такође за сигнале који нису из тамне материје."
Да би се разбио овај процес, атом Ксенон-124 састоји се од 54 протона и 70 неутрона који су окружени атомским љускама са 54 електрона. У процесу познатом као двоструко хватање електрона, два протона у језгру истовремено „хватају“ два електрона из најдубље љуске, претварају их у два неутрона и испљувају два неутрина.
Остали електрони се затим реорганизују како би попунили јаз који је створен у унутрашњој љусци, док се енергија ослобађа у облику Кс-зрака и онога што се назива „Аугер-Елецтрон“. Међутим, ове сигнале је веома тешко детектирати јер је поступак веома ретк и скривен је природном радиоактивношћу. Ипак, сарадња КСЕНОН-а је успела да постигне захваљујући захваљујући годину дана вредним запажањима са њиховим инструментима.
Рендгенски зраци добијени као резултат двоструког хватања електрона произвели су светлосни сигнал у течном ксенону као и слободни електрони. Ти су се електрони померили према горњем делу детектора напуњеном гасом где су произвели други светлосни сигнал, а временска разлика између ова два догодила се да одговара времену које је потребно да електрони дођу до врха детектора.
Научни тим је искористио овај интервал и сензоре коморе да реконструишу положај двоструког хватања електрона, док је снага сигнала коришћена за мерење количине енергије која се ослобађа. Ово је научницима омогућило одређивање невероватно дугог полуживота ксенона, који су израчунали на 1,8 × 10 м2 година.
Ови резултати ефикасно демонстрирају способност КСЕНОН детектора да детектују ретке процесе док одбијају позадинске сигнале. Нови резултати би такође могли омогућити даља испитивања неутрина, који су најслађи од свих елементарних честица и још увек нису потпуно разумљиви. Они укључују масу неутрина, која још није добро ограничена.
Као хришћанин
„Доказује да је технологија КСЕНОН детектора коју користимо за тамну материју много свестранија. Све ове цоол анализе добијамо бесплатно након што смо изградили експеримент довољно осетљив за лов на тамну материју. "
Проматрање КСЕНОН1Т прикупљало је податке у периоду од 2016. до децембра 2018., а тада је искључено због надоградње. По завршетку рада, научни тим ће започети следећу фазу запажања. Позната као "КСЕНОНнТ", ова фаза ће имати активну масу детектора три пута већу од првог експеримента.
Заједно са надоградњама дизајнираним да смање сметње у позадини, детектор ће имати ниво осетљивости за неколико реда веће. У овом тренутку, можемо очекивати да ће експеримент обасјати још сјајније светло на тамним подручјима Универзума.
