Один з найбільш рідкісних процесів у всесвіті, спостережуваний в підземній лабораторії.

97

(Щоб не читати статтю – можете подивитися відео)

Група вчених вперше зафіксувала розпад атома ксенону-124. Це вкрай рідкісний процес. Період напіврозпаду цього елементу більш ніж у мільярд разів перевищує вік Всесвіту, якої зараз майже 14 мільярдів років.

Глибоко під поверхнею в італійських Апеннінах знаходиться підземна лабораторія СПГ (Laboratori Nazionali del Gran Sasso), в якій вчені шукають частинки темної матерії. Основним науковим інструментом є детектор XENON1T, центральна частина якого складається з циліндричного резервуара довжиною близько одного метра, заповненого 3200 кілограмами рідкого ксенону, охолодженого до температури мінус 95 градусів Цельсія.

Цей благородний газ є одним з найбільш чистих, найбільш радіаційно-стійких речовин на Землі, що робить його ідеальною метою для захоплення рідкісного взаємодії частинок у Всесвіті. Хоча дослідники ще не спостерігали частинок темної матерії, їм вдалося вперше в історії спостерігати розпад ксенону-124 в телур-124 в надзвичайно рідкісному процесі, званому подвійним захопленням електронів.

Ксенон-124 складається з 54 позитивно заряджених протонів і 70 нейтральних нейтронів. Ціле оточене негативно зарядженими електронами. Цей тип радіоактивного розпаду відбувається, коли ядро атома одночасно поглинає два електрона з його зовнішньої електронної оболонки, що призводить до утворення двох нейтронів і вивільненню нейтрино.

Коли в атомній оболонці відсутні два електрона, що залишилися електрони реорганізуються, і вивільняється енергія переноситься рентгенівськими променями. Це дуже рідкісний процес, але його можна спостерігати в закритій підземної лабораторної середовищі.

Подробиці спостережень були опубліковані в журналі Nature .

Період напіврозпаду ксенону-124, тобто проміжок часу, після якого половина радіоактивних атомів, спочатку присутніх у зразку, розпадається, більше ніж у мільярд разів перевищує вік Всесвіту, якій майже 14 мільярдів років. Таким чином, спостерігається процес є найбільш рідкісним процесом у всесвіті, який можна побачити безпосередньо в детекторі.

«Той факт, що ми змогли безпосередньо спостерігати за цим процесом, показує, наскільки потужним є наш метод виявлення – в тому числі і для окремих фізичних явищ, які не походять від темної матерії», – сказала професор Лаура Баудис з Цюріхського університету, один з провідних дослідників в експерименті XENON1T.

Рентгенівські промені від подвійного захоплення електронів виробляли світловий сигнал в охолодженому ксенон-124, а також у вільних електронах. Електрони були переміщені до верхньої частини детектора, де вони генерували другий світловий сигнал. На підставі різниці в напрямку часу між цими двома сигналами вчені змогли визначити точне положення подвійного захоплення електронів і енергії, що виділяється при розпаді.

Із 126 процесів, спостережуваних в цілому за останні два роки, фізики підрахували незвично довгий період напіврозпаду ксенону-124, який становить 1,8 × 10 22 роки. Це самий повільний процес, який коли-небудь спостерігався безпосередньо.

«Нові результати показують, наскільки добре детектор XENON1T може виявляти дуже рідкісні процеси, відхиляючи фонові сигнали», – сказав Баудис.

Тільки один процес ядерного розпаду у всесвіті має більш тривалий період напіврозпаду. Це розпад телуру-128. Період напіврозпаду цього елементу більш ніж в 100 разів довше, ніж у ксенону-124. Але це рідкісна подія ніколи не спостерігалося. Час розпаду було розраховано на основі інших процесів.

Джерело: Університет Цюріха , фото: Ксенонове Співпраця