Sügaval mäestikus Kesk-Itaalias panevad teadlased lõksu tumeainele. Sööt? Suur metallpaak, täis 3,5 tonni (3200 kilogrammi) puhast vedelat ksenooni. See väärisgaas on üks puhtamaid, kõige kiirguskindlamaid aineid Maal, mistõttu on see ideaalne sihtmärk mõne haruldasema osakeste vastastikmõju jäädvustamiseks universumis.
See kõik kõlab ebamääraselt sünge; ütles Saksamaa Münsteri ülikooli doktorant Christian Wittweg, kes on pool aastat kümme aastat töötanud niinimetatud ksenoonkoostöös, käies iga päev tööle minnes "maksma Bondi kaabaka visiidile". Siiani pole mägedes elavad uurijad hõivatud ühtegi tumedat ainet. Kuid neil õnnestus hiljuti avastada üks kõige haruldasemaid osakeste koostoimeid universumis.
Täna (24. aprillil) ajakirjas Nature avaldatud uue uuringu kohaselt mõõtis enam kui 100 teadlasest koosnev meeskond esimest korda ksenoon-124 aatomi lagunemist telluuri 124 aatomiks äärmiselt harvaesineva protsessi abil, mida nimetatakse kaheneutrino-topelt-elektronide püüdmine. Seda tüüpi radioaktiivne lagunemine toimub siis, kui aatomi tuum neelab samaaegselt välimisest elektronkestast kaks elektroni, vabastades seeläbi kahekordse annuse kummituslikke osakesi, mida nimetatakse neutrinodeks.
Seda ainulaadset lagunemist laboris esimest korda mõõtes suutsid teadlased täpselt tõestada, kui haruldane on reaktsioon ja kui kaua kulub ksenoon-124 lagunemiseks. Ksenoon-124 poolväärtusaeg - see tähendab keskmine aeg, mis on vajalik ksenoon-124 aatomite rühma vähenemiseks poole võrra - umbes 18 sekstillion aastat (1,8 x 10 ^ 22 aastat), mis on umbes 1 triljon korda praegusest vanusest universumi.
See tähistab kõige pikemat poolväärtusaega, mida kunagi laboris otseselt mõõdetud, lisas Wittweg. Ainult ühel tuuma lagunemise protsessil on pikem poolestusaeg: telluur-128 lagunemisel, mille poolestusaeg on üle 100 korra pikem kui ksenoon-124. Kuid see kaduvalt haruldane sündmus on arvutatud ainult paberil.
Vääris lagunemine
Sarnaselt radioaktiivse lagunemise levinumate vormidega toimub kaheneutrino-kahekordse elektroni sidumine siis, kui aatom kaotab energia, kuna prootonite ja neutronite suhe aatomituumas muutub. Protsess on aga palju kiirem kui tavalisemad lagunemisrežiimid ja sõltub mitmest "hiiglaslikust kokkusattumusest", ütles Wittweg. Kui töötate sõnaselgelt tonni ksenooni aatomitega, tegi nende kokkusattumuste tõenäosus palju tõenäolisemaks.
Kuidas see töötab: Kõik ksenoon-124 aatomid on ümbritsetud 54 elektronist, keerledes tuuma ümber ähmastes kestades. Kaheneutrino-topelektroni hõivamine toimub siis, kui kaks neist elektronidest, tuuma lähedal asuvates kestades, rändavad samaaegselt tuuma, kukkudes kokku üheks prootoniks ja muutes need prootonid neutroniteks. Selle muundamise kõrvalproduktina sülitab tuum välja kaks neutrinoid, raskesti tundmatuid subatomiaatomite osakesi, millel pole laengut ja praktiliselt mingit massi, mis peaaegu kunagi ei interakteeru mitte millegagi.
Need neutriinod lendavad kosmosesse ja teadlased ei saa neid mõõta, kui nad ei kasuta eriti tundlikke seadmeid. Tõestamaks, et on toimunud kaheneutrino-kahekordse elektroni püüdmise sündmus, vaatasid ksenooniuurijad selle asemel lagunevas aatomis järele jäänud tühje kohti.
"Pärast tuuma hõivamist elektronidega on aatomikoores jäänud kaks vaba kohta," ütles Wittweg. "Need vabad kohad täidetakse kõrgematest kestadest, mis loob elektronide ja röntgenkiirte kaskaadi."
Need röntgenikiirgused hoiab detektoris energiat, mida teadlased oma eksperimentaalsetes andmetes selgelt näevad. Pärast üheaastaseid vaatlusi tuvastas meeskond ligi 100 ksenoon-124 aatomi juhtumit, mis sel viisil lagunes, pakkudes esimesi otseseid tõendeid protsessi kohta.
See uusim universumis laguneva lagunemisprotsessi tuvastamine ei vii Xenoni meeskonda tumeaine leidmisele lähemale, kuid tõestab detektori mitmekülgsust. Järgmine samm meeskonna katsetes hõlmab veelgi suurema ksenoonipaagi ehitamist - see mahutab rohkem kui 8,8 tonni (8000 kg) vedelikku -, et pakkuda veelgi rohkem võimalusi haruldaste koostoimete tuvastamiseks, ütles Wittweg.
