Az egy közép-olaszországi hegység mélyén a tudósok csapdát raknak a sötét anyag számára. Csali? Egy nagy, 3,5 tonnás (3200 kg) tiszta folyékony xenont tartalmazó fémtartály. Ez a nemesgáz az egyik legtisztább, leginkább sugárzásálló anyag a Földön, ezáltal ideális célpont az univerzum ritkább részecske-kölcsönhatásainak rögzítéséhez.
Félelmetesen baljóslónak hangzik; mondta Christian Wittweg, a németországi Münsteri Egyetem doktorjelöltje, aki fél évtizeden át az úgynevezett Xenon együttműködéssel dolgozott, és minden nap dolgozik, és úgy érzi, hogy "Bond gazemberek látogatását fizeti". Eddig a hegyvidéki kutatók még egyetlen sötét anyagot sem rögzítettek. De nemrég sikerült felfedezni az univerzum egyik legritkább részecske-kölcsönhatását.
Egy új, ma (április 24-én) a Nature folyóiratban közzétett tanulmány szerint a több mint 100 kutatóból álló csoport először mérte egy xenon-124 atom lebomlását egy tellúr-124 atomgé egy rendkívül ritka eljárás révén, két-neutrino kettős elektron elfog. Ez a radioaktív bomlás akkor fordul elő, amikor egy atommag két elektronot abszorbeál a külső elektronhéjából egyidejűleg, ezáltal kettős adagot engedve a szellemszerű részecskéknek, az úgynevezett neutrinóknak.
Az egyedülálló bomlás laboratóriumi először történő mérésével a kutatók pontosan meg tudták bizonyítani, hogy a reakció ritka, és mennyi ideig tart a xenon-124 a bomlásig. A xenon-124 felezési ideje - azaz az átlagos idő, amely ahhoz szükséges, hogy a xenon-124 atomok csoportja felére csökkenjen - körülbelül 18 szextillion év (1,8 x 10 ^ 22 év), nagyjából 1 trilliószorosa a jelenlegi életkornak az univerzum.
Ez jelzi a leghosszabb felezési időt, amelyet valaha közvetlenül laboratóriumban mértek - tette hozzá Wittweg. Az univerzumban csak egy atommag-bomlási folyamatnak van hosszabb felezési ideje: a tellúr-128 bomlása, amelynek felezési ideje több mint százszor hosszabb, mint a xenon-124é. De ezt az eltűnően ritka eseményt csak papíron számolták ki.
Értékes bomlás
Mint a radioaktív bomlás gyakoribb formáinál, a kétneutrino kettős elektron elfogása akkor fordul elő, amikor egy atom veszít energiát, amikor az atommagban a protonok és a neutronok aránya megváltozik. A folyamat azonban sokkal válogatottabb, mint a szokásosabb bomlásmódok, és "óriási véletlen egybeesések" sorozatától függ. - mondta Wittweg. Miután szó szerint tonna xenon atomot dolgoztunk fel, ezek a véletlenszerűségek esélyei sokkal valószínűbbé válnak.
Így működik: Az összes xenon-124 atomot 54 elektron veszi körül, amelyek a magot körül homályos héjban forognak. Két neutrino kettős elektron elfogása akkor fordul elő, amikor ezek közül az elektronok közül kettő a maghoz közeli héjban egyidejűleg vándorol a magba, darabokra egy protonra összeomlik, és ezeket a protonokat neutronokká alakítja. Ennek az átalakulásnak a melléktermékeként a mag két neutrinot, megfoghatatlan szubatomi részecskéket bont ki, töltés nélkül és gyakorlatilag nem tömeg nélkül, amelyek szinte soha nem lépnek kölcsönhatásba semmivel.
Ezek a neutrínók repülnek az űrbe, és a tudósok csak akkor tudják mérni őket, ha rendkívül érzékeny berendezéseket használnak. Annak bizonyítására, hogy két-neutrino kettős elektron-elfogási esemény történt, a Xenon kutatói ehelyett a lebomló atomban maradt üres terekre tekintettek.
"Miután az elektronokat a mag elfogta, két üres hely marad az atomhéjon" - mondta Wittweg. "Ezeket a megüresedett helyeket magasabb héjak töltik fel, ami elektronok és röntgen sugarakból áll."
Ezek a röntgensugárzás energiát tárol a detektorban, amelyet a kutatók egyértelműen láthatnak kísérleti adataikban. Egyéves megfigyelések után a csoport közel 100 xenon-124 atomot észlelt ilyen módon bomlani, és ez a folyamat első közvetlen bizonyítéka volt.
Az univerzumban a második legritkább bomlási folyamat új észlelése nem vonzza közelebb a Xenon csapatot a sötét anyag megtalálásához, de igazolja a detektor sokoldalúságát. A csapat kísérleteinek következő lépése egy még nagyobb xenon-tartály felépítése - ez a hajlandó több mint 8,8 tonna (8000 kg) folyadékot tárolni -, hogy még több lehetőséget biztosítsanak a ritka kölcsönhatások észlelésére - mondta Wittweg.
