Этот распад, наблюдаемый в атомах ксенона-124, происходит так редко, что для того, чтобы образец ксенона-124 уменьшился вдвое, потребуется 18 секстиллионов лет (18 с 21 нулями), соответственно, его чрезвычайно тяжело обнаружить. Впервые в истории ученые напрямую наблюдали экзотический вид радиоактивного распада под названием двухнейтринный двойной электронный захват. Долгожданное наблюдение двухнейтринного двойного захвата электронов, о котором сообщилось 25 апреля в Nature, закладывает основу для ученых, которые пытаются увидеть еще не виденную, еще более редкую версию такого распада: безнейтринный двойной захват электронов.
Самый редкий распад атомов
Наблюдение этого процесса подтвердило бы то, что у субатомных частиц нейтрино есть собственные антивещественные партнеры-частицы, и помогло бы помочь разгадать тайну того, почему наша Вселенная почти полностью состоит из материи, а не из антивещества.
«В сообществе было довольно шумно после выхода этого результата», говорит Линдли Уинслоу, физик из Массачусетского технологического института.
Это один из немногих радиоактивных изотопов, которые распадаются в результате двухнейтринного двойного захвата электронов. Ксенон-124 — это изотоп, форма элемента с таким же количеством протонов, но с другим количеством нейтронов (число 124 означает общее количество протонов и нейтронов в ядре). Но атомы так редко подвергаются этому распаду, что ученым нужно отслеживать огромное количество атомов ксенона, чтобы получить шанс засвидетельствовать это.
Это устройство, защищенное от фонового излучения в подземной Национальной лаборатории Гран Сассо в Италии, содержит около трех метрических тонн ксенона. Физик элементарных частиц Кристиан Виттвег из Мюнстерского университета в Германии и его коллеги искали сигнатуры двухнейтринного двойного захвата электронов с помощью детектора XENON1T, машины, обычно используемой для охоты на темную материю.
Хотя сами нейтрино не дают себя обнаружить, процесс захвата электронов испускает рентгеновские лучи и выбрасывает другие электроны из атома, которые обнаружить можно. При двухнейтринном двойном захвате электрона атомное ядро захватывает два электрона из окружающих электронных оболочек, превращая два протона в ядре в нейтроны и выплевывая два нейтрино.
Из этого стало ясно, что период полураспада ксенона-124 составляет около 18 секстиллионов лет, что является самым длинным периодом полураспада, когда-либо измеряемого напрямую у радиоактивного вещества — и примерно в триллион раз дольше возраста Вселенной. С февраля 2017 года по февраль 2018 XENON1T собрал контрольные сигналы двойного захвата электронов с двумя нейтрино примерно 126 раз.
Думаете, получится? Теперь ученым предстоит увидеть безнейтринный двойной захват электронов. Расскажите в нашем чате в Телеграме.