Главная / Наука / Физики впервые увидели самый редкий распад атома во Вселенной

Физики впервые увидели самый редкий распад атома во Вселенной

Участники коллаборации XENON1T стали свидетелями завершения одного из самых медленных процессов во Вселенной – двухнейтринного обратного бета-распада атома ксенона-124. Период полураспада этого изотопа в триллион раз больше времени жизни мироздания, пишут ученые в журнале Nature.

"Мы воочию увидели этот распад. Это самый долгий, медленный процесс, который когда-либо удалось изучить человечеству, и наш детектор оказался достаточно чувствительным, чтобы мы напрямую могли проследить за ним. Удивительно, но теперь мы можем уверенно сказать, что XENON1T изучил самую редкую вещь во Вселенной", — заявил Итан Браун (Eathan Brown) из Политехнического института Ренессалера в Трое (США).

Установка XENON1T была построена в итальянской лаборатории Гран-Сассо в 2014 году для поисков следов существования «тяжелой» темной материи, так называемых частиц-«вимпов». Она представляет собой огромный чан, заполненный тремя тоннами сверхчистого ксенона, что примерно в 10 раз больше массы всех его конкурентов.

Ядра атомов благородного газа, как предполагали раньше ученые, должны были взаимодействовать с «вимпами» особым образом, что можно было обнаружить, наблюдая за вспышками света внутри сжиженного ксенона.

За последние два десятилетия ученые создали около дюжины подобных детекторов со все большим объемом и массой. Ни один из них так и не смог зафиксировать следы взаимодействий ксенона с вимпами. Это заставляет сегодня многих физиков сомневаться в том, что подобная форма темной материи существует в природе.В случае с XENON1T, эти усилия не были полностью безрезультатными. Браун и его коллеги не нашли «тяжелой» темной материи, но открыли следы одного из самых редчайших процессов во Вселенной, критически важного для поисков «новой физики».Помимо классических бета- и альфа-распадов, существуют и другие, более экзотические варианты «самоуничтожения» нестабильных атомов, в ходе которых они вырабатывают пары электронов и нейтрино, или же поглощают их.

Некоторые из них были предсказаны теорией, но на практике пока не обнаружены из-за чрезвычайно больших периодов полураспада веществ, способных вести себя таким образом, или крайне низких шансов на то, что распад пойдет именно по этому сценарию.В их число входил так называемый ECEC-распад, в ходе которого атом одновременно захватывает два электрона, они сливаются с протонами, порождая два нейтрона. Этот процесс может сопровождаться как выделением двух нейтрино, так и их взаимной аннигиляцией, причем шансы и на то, и на другое исчезающе малы.За все время существования науки ученые нашли только два намека на существование первого подтипа ECEC-распадов, наблюдая за атомами бария-130 и криптона-78. Все замеры такого рода были непрямыми, из-за чего они вызывают сомнения у многих экспериментаторов и теоретиков.

Браун и его коллеги по коллаборации XENON1T доказали, что подобный процесс действительно происходит с атомами ксенона-124, бесчисленное множество которых присутствовало внутри чана их детектора.Это устройство, как отмечает ученый, было устроено таким образом, что физики могли «промотать» время назад и проследить за источником и рождением любой вспышки света внутри емкости со сжиженным газом. Анализируя подобные события, ученые натолкнулись на необычную порцию вспышек рентгеновского излучения и пучки электронов, которые не были похожи на следы распадов ксенона-124 по «обычным» каналам или на результаты проникновения космических лучей в чан XENON1T.Проанализировав их свойства, ученые пришли к выводу, что вспышки света родились в тот момент времени, когда один из атомов ксенона-124 поглотил два электрона, превратился в теллур-124 и выбросил пару нейтрино. Эти перестройки привели к тому, что другие электроны начали массово мигрировать на «вакантные» места, что и породило необычные всплески рентгена.Это открытие позволило физикам дать первую практическую оценку периода полураспада ксенона-124. Он оказался заметно длиннее, чем предполагали теоретики – 18 секстиллионов лет, что в 112 миллионов раз больше, чем считалось ранее, и в триллион раз выше, чем время существования Вселенной.Последующие обнаружения ECEC-распадов, как надеются физики, помогут им измерить некоторые важнейшие свойства нейтрино, критически необходимые для проверки Стандартной модели физики и определения того, какой массой обладают эти неуловимые частицы. Вдобавок, ученые предполагают, что их находка повышает шансы на открытие еще более редких безнейтринных ECEC-распадов, напрямую связанных с тем, есть ли «новая физика» или нет.

Источник

Смотрите также

«Роскосмос» рассказал о графике космонавтов на МКС в майские праздники

Российские космонавты Олег Кононенко и Алексей Овчинин, находящиеся сейчас на борту Международной космической станции, практически …

Добавить комментарий

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

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.