İtalya'nın merkezindeki bir dağın derinliklerinde, bilim adamları karanlık madde için bir tuzak kuruyorlar. Tuzak? 3.5 ton (3.200 kilogram) saf sıvı ksenonla dolu büyük bir metal tank. Bu asil gaz, dünyadaki en temiz, radyasyona dayanıklı maddelerden biridir ve evrendeki en nadir parçacık etkileşimlerini yakalamak için ideal bir hedeftir.
Her şey belli belirsiz uğursuz geliyor; Almanya'daki Münster Üniversitesi'nde yarım on yıldır Xenon işbirliğiyle çalışan ve her gün işe gidecek olan doktora adayı Christian Wittweg'in "Bond kötü adamına ziyarette bulunmak" gibi hissettirdiğini söyledi. Şimdiye kadar, dağda yaşayan araştırmacılar hiçbir karanlık madde yakalamadı. Ancak son zamanlarda evrendeki en nadir parçacık etkileşimlerinden birini tespit etmeyi başardılar.
Bugün 24 Nisan'da Nature dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmaya göre, 100'den fazla araştırmacının ekibi, ilk kez, bir ksenon-124 atomunun bir tellür 124 atomuna çürümesini son derece nadir bir süreçle ölçtü. iki nötrino çift elektron yakalama. Bu tip radyoaktif bozunma, bir atom çekirdeği, dış elektron kabuğundan iki elektronu aynı anda emdiğinde oluşur, böylece nötrino adı verilen hayalet parçacıkların çift dozunu serbest bırakır.
Bir laboratuvarda bu eşsiz çürümeyi ilk kez ölçerek, araştırmacılar reaksiyonun ne kadar nadir olduğunu ve xenon-124'ün çürümenin ne kadar sürdüğünü tam olarak kanıtlayabildiler. Ksenon-124'ün yarı ömrü - yani, bir grup ksenon-124 atomunun yarı yarıya azalması için gereken ortalama süre - yaklaşık 18 sextillion yıl (1.8 x 10 ^ 22 yıl), şu anki yaşın yaklaşık 1 trilyon katı evrenin.
Wittweg, bu durumun doğrudan bir laboratuvarda ölçülen en uzun yarı ömrünü işaret ettiğini belirtti. Evrendeki sadece bir nükleer bozunma süreci daha uzun bir yarı ömre sahiptir: yarılanma ömrü ksenon-124'ünkinden 100 kat daha uzun olan tellür-128'in çürümesi. Ancak bu çok nadir görülen olay sadece kağıt üzerinde hesaplandı.
Değerli bir çürüme
Daha yaygın radyoaktif bozunma formlarında olduğu gibi, atom çekirdeğindeki protonların ve nötronların oranı değiştikçe bir atom enerji kaybettiğinde iki nötrino çift elektron yakalaması meydana gelir. Bununla birlikte, süreç daha yaygın bozunma modlarından çok daha pickier ve bir dizi "dev tesadüf" e bağlı. Değişecek ton xenon atomuna sahip olmak, bu tesadüflerin sıralanma olasılığını çok daha arttırdı.
İşte böyle çalışır: Tüm xenon-124 atomları, çekirdeğin etrafındaki puslu kabuklarda dönen 54 elektronla çevrilidir. İki nötrino çift elektron yakalaması, bu elektronlardan ikisi çekirdeğe yakın kabuklarda, aynı anda çekirdeğe göç ettiğinde, bir proton parçasına çarpıp bu protonları nötronlara dönüştürdüğünde meydana gelir. Bu dönüşümün bir yan ürünü olarak, çekirdek, hiçbir şeyle neredeyse hiç etkileşmeyen kütle ve neredeyse hiç kütlesi olmayan iki nötrino, elusif subatomik parçacıklar çıkarır.
Bu nötrinolar uzaya uçar ve bilim adamları son derece hassas ekipman kullanmadıkça onları ölçemezler. İki nötrino çift elektron yakalama olayının meydana geldiğini kanıtlamak için, Xenon araştırmacıları bunun yerine çürüyen atomda kalan boş alanlara baktı.
Wittweg, "Elektronlar çekirdek tarafından yakalandıktan sonra, atom kabuğunda iki boşluk kalmıştır." Dedi. "Bu boş pozisyonlar, bir yığın elektron ve X-ışını yaratan yüksek kabuklardan doldurulur."
Bu X-ışınları, araştırmacıların deneysel verilerinde açıkça görebilecekleri dedektörde enerji depolar. Bir yıllık gözlemlerden sonra ekip, bu şekilde çürüyen 100'e yakın ksenon-124 atomu tespit etti ve sürecin ilk doğrudan kanıtını sağladı.
Evrendeki ikinci en nadir bozulma sürecinin bu yeni tespiti, Xenon ekibini karanlık madde bulmaya daha da yakınlaştırmaz, ancak dedektörün çok yönlülüğünü kanıtlar. Ekibin deneylerindeki bir sonraki adım, nadir etkileşimleri tespit etmek için daha fazla fırsat sağlamak için daha büyük bir xenon tankı - bu 8,8 tondan (8,000 kg) fazla sıvı tutabilen - inşa etmeyi içeriyor.
