Один из самых редких процессов во вселенной, наблюдаемый в подземной лаборатории.

85

(Чтобы не читать статью — можете посмотреть видео)

Группа ученых впервые зафиксировала распад атома ксенона-124. Это крайне редкий процесс. Период полураспада этого элемента более чем в миллиард раз превышает возраст Вселенной, которой сейчас почти 14 миллиардов лет.

Глубоко под поверхностью в итальянских Апеннинах находится подземная лаборатория СПГ (Laboratori Nazionali del Gran Sasso), в которой ученые ищут частицы темной материи. Основным научным инструментом является детектор XENON1T, центральная часть которого состоит из цилиндрического резервуара длиной около одного метра, заполненного 3200 килограммами жидкого ксенона, охлажденного до температуры минус 95 градусов Цельсия.

Этот благородный газ является одним из самых чистых, наиболее радиационно-стойких веществ на Земле, что делает его идеальной целью для захвата редчайшего взаимодействия частиц во Вселенной. Хотя исследователи еще не наблюдали частиц темной материи, им удалось впервые в истории наблюдать распад ксенона-124 в теллур-124 в чрезвычайно редком процессе, называемом двойным захватом электронов.

Ксенон-124 состоит из 54 положительно заряженных протонов и 70 нейтральных нейтронов. Целое окружено отрицательно заряженными электронами. Этот тип радиоактивного распада происходит, когда ядро ​​атома одновременно поглощает два электрона из его внешней электронной оболочки, что приводит к образованию двух нейтронов и высвобождению нейтрино.

Когда в атомной оболочке отсутствуют два электрона, оставшиеся электроны реорганизуются, и высвобождаемая энергия переносится рентгеновскими лучами. Это очень редкий процесс, но его можно наблюдать в закрытой подземной лабораторной среде.

Подробности наблюдений были опубликованы в журнале Nature .

Период полураспада ксенона-124, то есть промежуток времени, после которого половина радиоактивных атомов, первоначально присутствующих в образце, распадается, более чем в миллиард раз превышает возраст Вселенной, которой почти 14 миллиардов лет. Таким образом, наблюдаемый процесс является наиболее редким процессом во вселенной, который можно увидеть непосредственно в детекторе.

«Тот факт, что мы смогли непосредственно наблюдать за этим процессом, показывает, насколько мощным является наш метод обнаружения — в том числе и для редких физических явлений, которые не происходят от темной материи», — сказала профессор Лаура Баудис из Цюрихского университета, один из ведущих исследователей в эксперименте XENON1T.

Рентгеновские лучи от двойного захвата электронов производили световой сигнал в охлажденном ксеноне-124, а также в свободных электронах. Электроны были перемещены к верхней части детектора, где они генерировали второй световой сигнал. На основании разницы в направлении и времени между этими двумя сигналами ученые смогли определить точное положение двойного захвата электронов и энергии, выделяющейся при распаде.

Из 126 процессов, наблюдаемых в общей сложности за последние два года, физики подсчитали необычно длинный период полураспада ксенона-124, который составляет 1,8 × 10 22 года. Это самый медленный процесс, который когда-либо наблюдался напрямую.

«Новые результаты показывают, насколько хорошо детектор XENON1T может обнаруживать очень редкие процессы, отклоняя фоновые сигналы», — сказал Баудис.

Только один процесс ядерного распада во вселенной имеет более длительный период полураспада. Это распад теллура-128. Период полураспада этого элемента более чем в 100 раз длиннее, чем у ксенона-124. Но это редкое событие никогда не наблюдалось. Время распада было рассчитано на основе других процессов.

Источник: Университет Цюриха , фото: Ксеноновое Сотрудничество