Researchers Just Measured an Atom with a Half-Life of 18 Sextillion Years

Кредит: От Shutterstock

Глубоко внутри горы, в центральной Италии, ученые ставим ловушку для темной материи. Наживку? Большой металлический бак, полный 3,5 тонн (3,200 кг) из чистого жидкого ксенона. Этот благородный газ является одним из наиболее радиационно-стойких веществ на Земле, что делает его идеальной мишенью для захвата некоторые из самых редких взаимодействиях частиц во Вселенной.

Все это звучит зловеще, — сказал Кристиан Wittweg, докторант в Университете Мюнстера в Германии, который работал с так называемыми ксеноновыми сотрудничество в течение пяти лет, идя на работу каждый день чувствует, как «платить Бонду в гости». До сих пор горных исследователи еще не поймал ни темной материи. Но в последнее время они преуспели в обнаружении одной из самых редких взаимодействиях частиц во Вселенной. [11 Крупнейших Неотвеченных Вопросов О Темной Материи]

По данным нового исследования, опубликованного сегодня (24 апреля) в журнале Nature, команда из более чем 100 исследователи измерили, впервые когда-либо, распад ксенона-124 атом в атом теллура 124 через чрезвычайно редкий процесс, под названием нейтрино двойного электронного захвата. Такой радиоактивный распад происходит, когда ядро атома поглощает два электрона из внешней электронной оболочке одновременно, тем самым выпустив двойную дозу призрачные частицы, называемые нейтрино.

Путем измерения этого уникального разложение в лаборатории впервые, исследователям удалось доказать, как именно редкая реакция и сколько времени это займет ксенона-124 в упадок. Период полураспада ксенона-124 — это среднее время, необходимое для группы ксенона-124 атомов уменьшится вдвое — около 18 секстиллионов лет (1,8 х 10^22 лет), около 1 триллиона раз превышает нынешний возраст Вселенной.

«Иными словами,» Wittweg рассказал «Живая Наука», «если у вас было 100 ксенон-124 атомов, когда динозавры вымерли 65 миллионов лет назад, по статистике, все 100 из них остались бы здесь сегодня.»

Это знаменует самый длинный период полураспада, либо непосредственно измерены в лаборатории, Wittweg добавил. Только один процесс ядерного распада во Вселенной имеет более длиннее полувыведение: распад теллура-128, который имеет период полураспада более чем в 100 раз дольше, чем ксенон-124. Но это исчезающе редкое событие было рассчитано на бумаге.

Как и в случае с более распространенным формам радиоактивного распада, двух-нейтрино двойной электронный захват происходит, когда атом теряет энергию, как соотношение протонов и нейтронов в атомном ядре изменения. Однако, процесс гораздо разборчивее, чем более распространенные способы разложения и зависит от ряда «гигант совпадений», — сказал Wittweg. Имея буквальном тонн атомов ксенона для работы с готовыми шансы эти совпадения выстраиваются гораздо более вероятно.

Вот как это работает: все ксенон-124 атомы окружены 54 электроны, вращающиеся в туманной оболочки вокруг ядра. Два-нейтрино двойной захват электронов происходит, когда два из этих электронов в оболочках близко к ядру, одновременно мигрируют в ядро, врезавшись в одного протона за штуку и их преобразования протонов в нейтроны. Как побочный продукт этого преобразования, ядро выплевывает два нейтрино, неуловимых субатомных частиц, не имеющих заряда и практически никакой массы, практически не взаимодействует ни с чем.

Эти нейтрино улетают в космос, и ученые не могут измерить их, если они используют крайне чувствительного оборудования. Чтобы доказать, что два нейтрино двойной захват электронов событие произошло, исследователи ксенон вместо этого посмотрел на оставшиеся пустые пространства в загнивающем атом.

«После того, как электроны захватываются ядром, есть две вакансии осталось в атомной оболочке», — сказал Wittweg. «Эти вакансии заполнены вверх с более высоких оболочек, что создает каскад электронов и рентгеновских лучей».

Рентген депозит энергии в детекторе, что ученые смогут четко видеть в своих экспериментальных данных. После одного года наблюдений, команда обнаружено около 100 экземпляров ксенона-124 атомов распадающегося таким образом, обеспечивая первые прямые доказательства этого процесса.

 

Members of the Xenon Collaboration prepare their dark matter detector, which is filled with 3.5 tons (3,200 kilograms) of liquid xenon. Though the group has found no traces of dark matter yet, they did detect the second-longest radioactive decay in the universe.

Члены ксеноновые сотрудничестве приготовить датчик темной материи, которая наполнена 3,5 тонн (3,200 кг) жидкого ксенона. Хотя группа не обнаружила никаких следов темной материи, они обнаружили второго-длинная радиоактивного распада во Вселенной.
Кредит: Ксеноновые Сотрудничества

Это новое обнаружение второго-редкий процесс распада во Вселенной не ставить ксенон команда ближе к поиску темной материи, но это доказывает универсальность детектора. Следующий шаг в экспериментах группы предполагает создание еще большего ксенон танк — это одно способно удерживать более 8,8 т (8000 кг) жидкости — чтобы обеспечить еще больше возможностей для обнаружения редких взаимодействий, сказал Wittweg.

  • Элементарно, Дорогой Мой: 8 Малоизвестных Элементов
  • Что это? Ответы На Ваши Вопросы Физики
  • 18 Раз Квантовых Частиц Взорвали Наши Умы

Первоначально опубликовано на прямую науки.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *