Vedci hlboko vnútri hory v strednom Taliansku kladú pasce na temnú hmotu. Návnada? Veľká kovová nádrž plná 3,5 t (3 200 kg) čistého tekutého xenónu. Tento ušľachtilý plyn je jednou z najčistejších a na žiarenie odolných látok na Zemi, čo z neho robí ideálny cieľ na zachytenie niektorých z najvzácnejších interakcií častíc vo vesmíre.
To všetko znie nejasne zlovestne; Christian Wittweg, doktorand na univerzite v Münsteri v Nemecku, ktorý pracuje s takzvanou xenónovou spoluprácou pol storočia, bude každý deň pracovať ako „zaplatiť návštevu darebáka z Bond“. Výskumníci v horských obydliach doteraz nezachytili žiadnu temnú hmotu. Nedávno sa im však podarilo odhaliť jednu z najvzácnejších interakcií častíc vo vesmíre.
Podľa novej štúdie uverejnenej dnes (24. apríla) v časopise Nature, tím viac ako 100 vedcov meral vôbec prvýkrát rozpad atómu xenónu-124 na atóm telúru 124 prostredníctvom veľmi zriedkavého procesu nazývaného dvojitý neutrinový dvojitý elektrónový záchyt. K tomuto typu rádioaktívneho rozpadu dochádza, keď atómové jadro absorbuje dva elektróny z vonkajšieho plášťa elektrónov súčasne, čím uvoľňuje dvojnásobnú dávku strašidelných častíc nazývaných neutrína.
Meraním tohto jedinečného rozkladu v laboratóriu prvýkrát vedci dokázali presne dokázať, aká zriedkavá je reakcia a ako dlho trvá rozkladu xenónu-124. Polčas xenónu-124 - to znamená, že priemerný čas potrebný na to, aby sa skupina atómov xenónu-124 znížila o polovicu - je asi 18 sextillionových rokov (1,8 x 10 ^ 22 rokov), čo je zhruba 1 bilión násobok súčasného veku. vesmíru.
Toto označuje najdelší najdlhší polčas v laboratóriu, Wittweg dodal. Iba jeden proces rozpadu jadrového žiarenia vo vesmíre má dlhší polčas: rozpad telúru 128, ktorý má polčas rozpadu viac ako 100 krát dlhší ako polčas xenónu-124. Táto mizivá zriedkavá udalosť sa však počítala iba na papieri.
Vzácny rozpad
Rovnako ako v prípade bežných foriem rádioaktívneho rozpadu, dvojité neutrínové dvojité elektrónové snímanie nastáva, keď atóm stráca energiu, keď sa mení pomer protónov a neutrónov v atómovom jadre. Tento proces je však oveľa krajší ako bežné spôsoby rozpadu a závisí od série „obrovských náhod“, povedal Wittweg. S prácou s literálnymi tonami xenónových atómov sa pravdepodobnosť, že sa tieto náhody vyskytnú, oveľa pravdepodobnejšie zoradí.
Takto to funguje: Všetky atómy xenónu-124 sú obklopené 54 elektrónmi a okolo jadra sa točia v hmlistých škrupinách. K zachytávaniu dvoma elektrónmi s dvoma neutrínmi dochádza, keď dva z týchto elektrónov v škrupinách blízko jadra súčasne migrujú do jadra, narazia do jedného protónového kusu a konvertujú tieto protóny na neutróny. Ako vedľajší produkt tejto premeny jadro vypláva dve neutrína, nepolapiteľné subatomárne častice bez náboja a prakticky bez hmoty, ktorá takmer nikdy interaguje s ničím.
Tieto neutrína odletávajú do vesmíru a vedci ich nemôžu merať, pokiaľ nepoužívajú mimoriadne citlivé vybavenie. Aby dokázali, že došlo k udalosti dvojitého neutrínového elektrónového záchytu, vedci z Xenonu namiesto toho pozerali na prázdne miesta, ktoré zostali v rozpadajúcom sa atóme.
„Keď sú elektróny zachytené jadrom, zostanú v atómovej schránke dve voľné miesta,“ povedal Wittweg. „Tieto voľné miesta sú zaplnené vyššími škrupinami, čo vytvára kaskádu elektrónov a röntgenových lúčov.“
Tieto röntgenové lúče ukladajú energiu do detektora, čo vedci jasne vidia vo svojich experimentálnych údajoch. Po jednom roku pozorovania tím zistil takmer 100 prípadov rozpadu atómov xenónu-124, čím poskytol prvý priamy dôkaz o tomto procese.
Táto nová detekcia druhého najvzácnejšieho rozkladného procesu vo vesmíre neprináša tím Xenon bližšie k nájdeniu temnej hmoty, ale preukazuje to univerzálnosť detektora. Ďalším krokom v tímových experimentoch je výstavba ešte väčšieho xenónového tanku - tohto, ktorý je schopný zadržať viac ako 8,8 ton (8 000 kg) kvapaliny - s cieľom poskytnúť ešte viac príležitostí na detekciu zriedkavých interakcií, uviedol Wittweg.
