Hluboko uvnitř hory ve střední Itálii vědci kladou pasti na temnou hmotu. Návnada? Velká kovová nádrž plná 3,5 tun (3 200 kilogramů) čistého kapalného xenonu. Tento vzácný plyn je jednou z nejčistších a nejvíce radiačně odolných látek na Zemi, což z něj činí ideální cíl pro zachycení některých z nejvzácnějších interakcí částic ve vesmíru.
Všechno to zní nejasně zlověstně; řekl Christian Wittweg, doktorand na univerzitě v Münsteru v Německu, který pracoval s takzvanou xenonovou spoluprací půl roku, chodit do práce každý den je jako „zaplatit návštěvu darebáka z Bond“. Výzkumní pracovníci v horských oblastech zatím nezachytili žádnou temnou hmotu. Nedávno se jim však podařilo odhalit jednu z nejvzácnějších interakcí částic ve vesmíru.
Podle nové studie zveřejněné dnes (24. dubna) v časopise Nature, tým více než 100 vědců, měřil vůbec poprvé rozpad atomu xenon-124 na atom tellur 124 pomocí mimořádně vzácného procesu zvaného dvou-neutrinové dvojité elektronové snímání. K tomuto typu radioaktivního rozpadu dochází, když atomové jádro pohlcuje dva elektrony ze své vnější elektronové skořápky současně, čímž uvolňuje dvojitou dávku strašidelných částic zvaných neutrinos.
Měřením tohoto jedinečného rozkladu v laboratoři poprvé dokázali vědci přesně dokázat, jak vzácná je reakce a jak dlouho trvá rozklad xenonu-124. Poločas xenonu-124 - tj. Průměrná doba potřebná k tomu, aby se skupina atomů xenonu-124 snížila o polovinu - je asi 18 sextilionů let (1,8 x 10 ^ 22 let), což je zhruba 1 bilionkrát vyšší než současný věk. vesmíru.
Toto označuje nejdelší poločas rozpadu, který byl kdy naměřen v laboratoři. Pouze jeden proces rozpadu ve vesmíru má delší poločas: rozpad teluru-128, který má poločas rozpadu více než 100krát delší než u xenonu-124. Ale tato mizivě vzácná událost byla vypočtena pouze na papíře.
Vzácný rozpad
Jak s více obyčejnými formami radioaktivní rozpadu, dvojitý neutronový dvojitý elektronový záchyt nastane, když atom ztratí energii jak poměr protonů a neutronů v atomovém jádru se mění. Tento proces je však mnohem chytřejší než běžnější režimy rozpadu a závisí na řadě „obrovských náhod“, uvedl Wittweg. Mít doslovné tuny xenonových atomů, s nimiž je možné pracovat, zvyšovalo pravděpodobnost, že se tyto náhody seřadí.
Funguje to takto: Všechny atomy xenon-124 jsou obklopeny 54 elektrony, které se kolem jádra točí v mlhavých skořápkách. K zachycení dvouelektronových dvou neutronů dochází, když dva z těchto elektronů ve skořápkách blízko jádra migrují současně do jádra, narazí do jednoho protonového kusu a převede tyto protony na neutrony. Jako vedlejší produkt této přeměny jádro vyplivne dvě neutrina, nepolapitelné subatomické částice bez náboje a prakticky žádné hmoty, která téměř nikdy interaguje s ničím.
Tito neutrina odlétají do vesmíru a vědci je nemohou měřit, pokud nepoužívají extrémně citlivá zařízení. Aby dokázali, že došlo k události dvojitého elektronového záchytu s dvěma neutriny, vědci z Xenonu místo toho hleděli na prázdné prostory, které zůstaly v rozkládajícím se atomu.
„Poté, co jsou elektrony zachyceny jádrem, zbývají v atomovém plášti dvě volná místa,“ řekl Wittweg. "Tato místa jsou obsazena z vyšších nábojů, což vytváří kaskádu elektronů a rentgenů."
Tyto rentgenové paprsky ukládají energii do detektoru, což vědci jasně vidí ve svých experimentálních datech. Po jednom roce pozorování tým detekoval téměř 100 případů rozkladu atomů xenon-124 tímto způsobem, což poskytlo první přímý důkaz procesu.
Tato nová detekce druhého nejvzácnějšího procesu rozpadu ve vesmíru nepřináší tým Xenonů blíže k nalezení temné hmoty, ale prokazuje všestrannost detektoru. Dalším krokem v experimentech týmu je vybudování ještě většího xenonového tanku - tohoto, který je schopen pojmout více než 8,8 tun (8 000 kg) kapaliny - a poskytnout tak ještě více příležitostí k detekci vzácných interakcí, uvedl Wittweg.
