Дубоко у планини у централној Италији, научници постављају замку за тамну материју. Мамац? Велики метални резервоар пун 3,5 тона (3,200 килограма) чистог течног ксенона. Овај племенити гас једна је од најчишћих, на зраку најсложенијих супстанци, што га чини идеалним циљем за снимање неких од најређих интеракција честица у свемиру.
Све звучи нејасно злослутно; рекао је Цхристиан Виттвег, докторски кандидат на Универзитету у Мунстеру у Њемачкој, који је сарађивао са такозваном Ксеноновом сарадњом већ пола деценије, а сваки дан ће радити сваки посао осјећајући се као "посјета зликовцу Бонда у посјети." До сада истраживачи планинских домова нису заробили ниједну тамну материју. Али недавно су успели да открију једну од најређих интеракција честица у свемиру.
Према новој студији, објављеној данас (24. априла) у часопису Натуре, тим од више од 100 истраживача први пут је мерио пропадање ксеноновог-124 атома у атому телуријума 124 кроз изузетно редак процес назван двоструко хватање електрона са два неутрина. Ова врста радиоактивног распада настаје када атомско језгро апсорбује два електрона из своје спољашње електронске љуске и тако ослобађа двоструку дозу сабласних честица које се називају неутрини.
Мерећи ово јединствено пропадање у лабораторији први пут, истраживачи су успели да тачно докажу колико је реакција ретка и колико дуго је потребно да се ксенон-124 распадне. Полуживот ксенона-124 - то је просечно време потребно да се група ксенона-124 атома смањи за половину - је око 18 сектилионских година (1,8 к 10 ^ 22 године), што је отприлике три билиона пута више од тренутног доба универзума.
То означава најдужи полуживот икада директно мерен у лабораторији, додао је Виттвег. Само један процес распадања нуклеарне енергије у свемиру има дужи полуживот: распад телур-128, који има полуживот више од 100 пута дужи од оног ксенона-124. Али овај ванредно ретки догађај израчунао се само на папиру.
Драгоцјено пропадање
Као и код чешћих облика радиоактивног распада, двоструко хватање електрона са два неутрина догађа се када један атом изгуби енергију, јер се однос протона и неутрона у атомском језгру промени. Међутим, процес је много избирљивији од уобичајених начина распадања и зависи од низа "џиновских случајности", рекао је Виттвег. Постојање дословно тона ксенонских атома направило је шансе да се ове случајности саставе много вероватније.
Ево како то функционише: Сви ксенонски-124 атоми су окружени са 54 електрона који се врте у магловитим шкољкама око језгра. Заробљавање дво-неутриног двоструког електрона догађа се када два од тих електрона, у шкољкама близу језгра, истовремено мигрирају у језгро, урушавајући се у један протонски комад и претварајући те протоне у неутроне. Као нуспродукт ове претворбе, језгро избацује два неутрина, неухватљива субатомска честица без набоја и готово без масе која готово никада не реагују ни са чим.
Ти неутрини лете у свемир, а научници их не могу мерити ако не користе изузетно осетљиву опрему. Да би доказали да се догодио двоструки неутрални двоструки електронски снимак, ксенонски истраживачи су уместо тога погледали у празне просторе који су заостали у распадајућем атому.
"Након што електрони заробе електроне, у атомској љусци су остала два слободна места", рекао је Виттвег. "Та слободна места попуњавају се из виших шкољки, што ствара каскаду електрона и рендгенских зрака."
Ти рендгенски зраци полажу енергију у детектор, што истраживачи јасно могу видети у својим експерименталним подацима. После годину дана посматрања, тим је открио близу 100 примерака ксеноно-124 атома који пропадају на овај начин, пружајући прве директне доказе о процесу.
Ова нова детекција другог најређег процеса распадања у свемиру, Ксенонов тим више не приближава проналазак тамне материје, али доказује свестраност детектора. Следећи корак у експериментима тима укључује изградњу још већег резервоара за ксенон - овог који може да држи више од 8,8 тона (8 000 кг) течности - како би се пружиле још веће могућности за откривање ретких интеракција, рекао је Виттвег.
