Giliai į kalną centrinėje Italijos dalyje mokslininkai kloja tamsiosios medžiagos spąstus. Masalas? Didelis metalinis bakas, pilnas 3,5 tonos (3200 kilogramų) gryno skysto ksenono. Šios tauriosios dujos yra viena iš švariausių, labiausiai radiacijai atsparių medžiagų Žemėje, todėl jos yra idealus taikinys, norint užfiksuoti retiausias dalelių sąveikas Visatoje.
Viskas skamba miglotai grėsmingai; sakė Christianas Wittwegas, Vokietijos Miunsterio universiteto doktorantas, kuris pusę dešimtmečio dirbo su vadinamuoju „Xenon“ bendradarbiavimu, eidamas į darbą kiekvieną dieną jaučiasi tarsi „apsilankęs Bondo piktadario vizite“. Kol kas kalnuose gyvenantys tyrėjai neužfiksavo jokios tamsiosios medžiagos. Tačiau neseniai jiems pavyko aptikti vieną rečiausių dalelių sąveiką visatoje.
Remiantis nauju tyrimu, paskelbtu šiandien (balandžio 24 d.) Žurnale „Nature“, daugiau nei 100 tyrėjų komanda pirmą kartą išmatavo ksenono-124 atomo skilimą į telurio 124 atomą per labai retą procesą, vadinamą dviejų neutrinų dvigubų elektronų gaudymas. Tokio tipo radioaktyvus skilimas įvyksta, kai atomo branduolys tuo pačiu metu absorbuoja du elektronus iš savo išorinio elektronų apvalkalo ir taip išleidžia dvigubą vaiduokliškų dalelių, vadinamų neutrinomis, dozę.
Pirmą kartą ištyrę šį unikalų skilimą laboratorijoje, tyrėjai sugebėjo tiksliai įrodyti, kokia reta reakcija ir kiek laiko ksenonas-124 suyra. Ksenono-124 pusinės eliminacijos laikas - tai yra vidutinis laikas, reikalingas ksenono-124 atomų grupei sutrumpėti perpus - yra apie 18 sekstillionų metų (1,8 x 10 ^ 22 metai), apytiksliai 1 trilijoną kartų didesnis nei dabartinis amžius visatos.
Wittwegas pridūrė, kad tai yra ilgiausias visų pusių eliminacijos periodas, tiesiogiai išmatuotas laboratorijoje. Tik vienas branduolio skilimo procesas Visatoje turi ilgesnį pusinės eliminacijos periodą: telūro-128, kurio pusinės eliminacijos laikas yra daugiau nei 100 kartų ilgesnis nei ksenono-124, skilimas. Bet šis nykstančiai retas įvykis buvo apskaičiuotas tik popieriuje.
Taurusis skilimas
Kaip ir labiau paplitusių radioaktyviojo skilimo formų atveju, dviejų neutrinų dvigubas elektronų sugavimas įvyksta, kai atomas praranda energiją, nes keičiasi protonų ir neutronų santykis atominiame branduolyje. Tačiau procesas yra daug lengvesnis nei įprasti skilimo režimai ir priklauso nuo „milžiniškų sutapimų“, sakė Wittwegas. Šių sutapimų šansai daug labiau tikėtini, jei dirbtumėte su tonomis ksenono atomų.
Štai kaip tai veikia: Visi ksenono-124 atomai yra apsupti 54 elektronų, besisukančių miglotai apvalkaluose aplink branduolį. Dviejų neutrinų dvigubas elektronų užfiksavimas įvyksta, kai du iš tų elektronų, esančių apvalkaluose, esančiuose arti branduolio, tuo pačiu metu migruoja į branduolį, suduždami į vieną protoną kiekvienoje vietoje ir paversdami tuos protonus neutronais. Kaip šios konversijos šalutinis produktas, branduolys išskiria du neutrinus, sunkiai suprantamas subatomines daleles, kurių įkrova nėra ir beveik nėra masės, kurios beveik niekada nieko nesąveikauja.
Tie neutrinai išskrenda į kosmosą, ir mokslininkai negali jų išmatuoti, jei nenaudoja ypač jautrios įrangos. Norėdami įrodyti, kad įvyko dviejų neutrinų dvigubo elektronų gaudymo įvykis, ksenono tyrinėtojai vietoj to pažvelgė į tuščias vietas, kurios liko suyrančiame atome.
„Po to, kai branduolys sugauna elektronus, atominiame apvalkale yra likusios dvi laisvos vietos“, - teigė Wittwegas. "Tos laisvos vietos užpildomos iš aukštesnių apvalkalų, o tai sukuria elektronų ir rentgeno spindulių kaskadą".
Tie rentgeno spinduliai kaupia energiją detektoriuje, kurį tyrėjai gali aiškiai pamatyti savo eksperimentiniuose duomenyse. Po vienerių metų stebėjimų komanda aptiko beveik 100 ksenon-124 atomų atvejų, kurie tokiu būdu suyra, pateikdami pirmuosius tiesioginius proceso įrodymus.
Šis naujas antrosios kartos skilimo proceso aptikimas visatoje „Xenon“ komandai nepriartina tamsiosios medžiagos radimo, tačiau tai įrodo detektoriaus universalumą. Kitas komandos eksperimentų etapas yra dar didesnio ksenono rezervuaro - tokio, kuris galėtų talpinti daugiau nei 8,8 tonos (8000 kg) skysčio - pastatymas, kad būtų dar daugiau galimybių aptikti retą sąveiką, sakė Wittwegas.
