Οι επιστήμονες παρατήρησαν ένα εξαιρετικά σπάνιο γεγονός της σωματιδιακής φυσικής * χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή που «κυνηγάει» τη σκοτεινή ύλη, το μυστηριώδες υλικό που οι φυσικοί δεν έχουν ακόμη παρατηρήσει.
Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, ερευνητές της XENON Collaboration είπαν ότι είχαν παρατηρήσει τη ραδιενεργή διάσπαση μιας ουσίας που ονομάζεται xenon-124, ένα ισότοπο του στοιχείου xenon - ένα άχρωμο και άοσμο ευγενές αέριο που βρίσκεται σε μικρές ποσότητες στην ατμόσφαιρα. Το γεγονός - μια «σύλληψη διπλών ηλεκτρονίων με δύο νετρίνα» - διέφευγε από τους επιστήμονες για δεκαετίες, αναφέρει το Freethink.
Συμβαίνει όταν «δύο πρωτόνια σε έναν πυρήνα μετατρέπονται ταυτόχρονα σε νετρόνια με την απορρόφηση δύο ηλεκτρονίων από ένα από τα ατομικά κελύφη και την εκπομπή δύο νετρίνων ηλεκτρονίων». Αφού συμβεί αυτό, εκτοξεύει ακτίνες Χ και ηλεκτρόνια Auger χρησιμοποιώντας έναν εξαιρετικά ευαίσθητο ανιχνευτή, θαμμένο περίπου 1,5 χιλιόμετρα κάτω από το βουνό Γκράν Σάσσο της Ιταλίας, όπου είναι προστατευμένο από τις κοσμικές ακτίνες.
«Δείξαμε ότι μπορούμε να παρατηρήσουμε τα πιο σπάνια γεγονότα που έχουν καταγραφεί ποτέ», είπε στο Newsweek ο Ίθαν Μπράουν, καθηγητής φυσικής στο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο Ρενεσέλεαρ και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Το βασικό εύρημα είναι ότι ένα ισότοπο που προηγουμένως θεωρούνταν εντελώς σταθερό έχει αποδειχθεί τώρα ότι διασπάται σε αφάνταστα μεγάλο χρονικό διάστημα».
Η ομάδα υπολόγισε ότι ο χρόνος ημιζωής του xenon-124 είναι περίπου 18 εξάξιο δισεκατομμύρια χρόνια - ή 18.000.000.000.000.000.000.000 χρόνια - που είναι πάνω από ένα τρισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την ηλικία του σύμπαντός μας, σύμφωνα με την ομάδα. Είναι η πιο αργή διαδικασία που μετρήθηκε ποτέ απευθείας, αναφέρει η ομάδα.
«Είναι εκπληκτικό να έχουμε δει αυτή τη διαδικασία και λέει ότι ο ανιχνευτής μας μπορεί να μετρήσει το πιο σπάνιο πράγμα που έχει καταγραφεί ποτέ», είπε ο Μπράουν στον Independent.
«Σχεδιάσαμε το πείραμα XENON1T για να αναζητήσουμε τη σκοτεινή ύλη, ένα νέο είδος ύλης που αποτελεί το 85% της μάζας του σύμπαντος, αλλά αλληλεπιδρά τόσο σπάνια που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ», είπε ο Μπράουν.
«Αυτό το πείραμα είναι τόσο ευαίσθητο σε πολύ σπάνια γεγονότα που μπορούμε να κάνουμε κάθε είδους άλλες σπάνιες μετρήσεις φυσικής. Ένα από αυτά είναι αυτή η αποσύνθεση του xenon-124. Αν και ο πρωταρχικός μας στόχος ήταν πάντα η ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης, ξέραμε ότι υπήρχε μια καλή πιθανότητα να δούμε αυτή τη σπάνια διάσπαση, οπότε ξεκινήσαμε να το κάνουμε».
Για να έχει αυτή την καλή ευκαιρία, η ομάδα έπρεπε να εκθέσει τον ανιχνευτή της σε μια τεράστια ποσότητα ατόμων xenon εφοδιάζοντάς τον με υγρό xenon.
«Το XENON1T είναι μια γιγαντιαία δεξαμενή υγρού xenon που περιβάλλεται από αισθητήρες φωτός», είπε ο Μπράουν.
Αν και η ομάδα δεν παρατήρησε τη σκοτεινή ύλη - που είναι ο πρωταρχικός σκοπός του ανιχνευτή - οι πρόσφατες παρατηρήσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για τα νετρίνα, ένα από τα λιγότερο κατανοητά θεμελιώδη σωματίδια στο σύμπαν.
«Αποδεικνύει ότι αυτή η τεχνολογία ανιχνευτή XENON που χρησιμοποιούμε για τη σκοτεινή ύλη είναι πολύ πιο ευέλικτη», είπε στο Gizmodo ο Κρίστιαν Γουίτβελ , διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Μίνστερ στη Γερμανία.
«Λαμβάνουμε όλες αυτές τις καταπληκτικές αναλύσεις… δωρεάν αφού κατασκευάσαμε ένα πείραμα αρκετά ευαίσθητο για να κυνηγήσουμε τη σκοτεινή ύλη».
Η ομάδα σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει τον νεότερο ανιχνευτή XENONnT για να συνεχίσει το κυνήγι για τη σκοτεινή ύλη, το άπιαστο υλικό που εκτιμάται ότι αποτελεί περίπου το 26,8% του συνόλου του περιεχομένου στο σύμπαν.
....
* Είναι κλάδος της φυσικής που μελετά τα στοιχειώδη σωματίδια που συγκροτούν την ύλη καθώς και την συμπεριφορά (ακτινοβολία), και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Λέγεται επίσης και φυσική υψηλών ενεργειών, επειδή πολλά στοιχειώδη σωμάτια δεν υφίστανται υπό τις συμβατικές συνθήκες που συναντάμε στη φύση όπως τη γνωρίζουμε στον πλανήτη μας, αλλά μπορούν να δημιουργηθούν και να ανιχνευθούν μέσω ενεργειακών κρούσεων με άλλα σωματίδια, όπως γίνεται στους επιταχυντές σωματιδίων.