Dziļi kalnā Itālijas centrālajā daļā zinātnieki iekaro slazdu tumšajai vielai. Ēsma? Liela metāla tvertne, kas pilna ar 3,5 tonnām (3200 kilogramiem) tīra šķidrā ksenona. Šī cēlgāze ir viena no tīrākajām, pret radiāciju necaurlaidīgākajām vielām uz Zemes, padarot to par ideālu mērķi dažu visretāko daļiņu mijiedarbības uztveršanai.
Tas viss izklausās neskaidri draudīgs; sacīja Kristians Vitvegs, Vācijas Minsteres universitātes doktorants, kurš pusgadu desmit gadus ir strādājis ar tā saukto Ksenona sadarbību, dodoties uz darbu katru dienu, jūtas kā “apmeklējis Bonda nelietis”. Līdz šim kalnos dzīvojošie pētnieki nav uztvēruši nevienu tumšo vielu. Bet viņiem nesen izdevās atklāt vienu no visretākajām daļiņu mijiedarbībām Visumā.
Saskaņā ar jaunu pētījumu, kas šodien (24. aprīlī) publicēts žurnālā Nature, vairāk nekā 100 pētnieku komanda pirmo reizi mērīja ksenona-124 atoma sadalīšanos telūra 124 atomā, izmantojot ārkārtīgi retu procesu, ko sauc par divu neitrīno divkāršo elektronu uztveršana. Šāda veida radioaktīvā sabrukšana notiek, kad atoma kodols no ārējā elektronu apvalka vienlaikus absorbē divus elektronus, tādējādi atbrīvojot dubultā spoku daļiņu devu, ko sauc par neitrīniem.
Pirmoreiz izmērot šo unikālo sabrukšanu laboratorijā, pētnieki spēja precīzi pierādīt, cik reta ir reakcija un cik ilgs laiks nepieciešams ksenona-124 sabrukšanai. Ksenona-124 eliminācijas pusperiods - tas ir, vidējais laiks, kas nepieciešams ksenona-124 atomu grupai, lai samazinātu uz pusi - ir apmēram 18 dzimumtiljonu gadi (1,8 x 10 ^ 22 gadi), kas ir aptuveni 1 triljons reizes lielāks par pašreizējo vecumu. Visuma.
Šis ir vienīgais garākais pusperiods, kāds jebkad tieši mērīts laboratorijā, piebilda Vitvegs. Tikai vienam kodola sadalīšanās procesam Visumā ir garāks eliminācijas pusperiods: telūra-128 sabrukšanai, kura pussabrukšanas periods ir vairāk nekā 100 reizes ilgāks nekā ksenona-124. Bet šis ārkārtīgi retais notikums ir aprēķināts tikai uz papīra.
Dārga sabrukšana
Tāpat kā biežāk sastopamās radioaktīvās sabrukšanas formas, divu neitrīno dubultā elektronu sagūstīšana notiek, kad atoms zaudē enerģiju, mainoties protonu un neitronu attiecībai atoma kodolā. Tomēr process ir daudz izvēlīgāks nekā biežāk sastopamie samazināšanas režīmi un ir atkarīgs no virknes "milzu sakritībām", sacīja Vitvegs. Tā kā bija sastopamas burtiski tonnas ksenona atomu, šo sakritību izredzes kļuva daudz ticamākas.
Lūk, kā tas darbojas: Visus ksenona-124 atomus ieskauj 54 elektroni, kas griežas miglainos apvalkos ap kodolu. Divu neitrīno dubultelektronu sagūstīšana notiek, kad divi no šiem elektroniem čaumalās, kas atrodas tuvu kodolam, vienlaikus migrē kodolā, sabrūkot vienā protonā gabalā un pārvēršot šos protonus neitronos. Šīs pārveidošanas blakusprodukts kodols izspiež divus neitrīnus, nenotveramas subatomiskās daļiņas, kurām nav lādiņa un praktiski nav masas, kuras gandrīz nekad nedarbojas ar neko.
Šie neitrīni izlido kosmosā, un zinātnieki tos nevar izmērīt, ja viņi neizmanto īpaši jutīgu aprīkojumu. Lai pierādītu, ka ir noticis divu neitrīno dubultā elektronu uztveršanas notikums, ksenona pētnieki tā vietā apskatīja tukšās vietas, kas palikušas sabrukšanas atomā.
"Pēc tam, kad elektroni ir notverti kodolā, atomu čaulā ir palikušas divas vakances," sacīja Vitvegs. "Šīs vakances tiek aizpildītas no augstākiem apvalkiem, kas rada elektronu un rentgenstaru kaskādi."
Šie rentgena stari nogulsnē detektorā enerģiju, ko pētnieki var skaidri redzēt savos eksperimentālajos datos. Pēc viena gada novērojumiem komanda atklāja gandrīz 100 ksenona-124 atomu gadījumus, kas šādi sadalās, nodrošinot pirmos tiešos procesa pierādījumus.
Šis jaunais visretāk sastopamās sabrukšanas procesa atklājums neliek Ksenona komandai tuvāk tumšās vielas atrašanai, bet tas tomēr pierāda detektora daudzpusību. Nākamais komandas eksperimentu solis ir saistīts ar vēl lielākas ksenona tvertnes uzbūvi - šo, kas spēj uzglabāt vairāk nekā 8,8 tonnas (8000 kg) šķidruma -, lai sniegtu vēl vairāk iespēju atklāt retu mijiedarbību, sacīja Vitvegs.
