Детектор темной материи зафиксировал самое редкое событие во Вселенной

Исследовательская группа XENON Collaboration сделала это с помощью инструмента, созданного для поиска темной материи

0 1 874

Как можно наблюдать процесс, который занимает в триллион раз больше времени, чем возраст Вселенной? Исследовательская группа XENON Collaboration сделала это с помощью инструмента, созданного для поиска самой неуловимой материи во вселенной — темной материи.

В статье, которая была опубликована в журнале Nature, исследователи сообщают, что они наблюдали радиоактивный распад ксенона-124, период полураспада которого составляет 1,8 × 1022 года.

«Мы действительно видели, как этот распад произошел. Это самый длинный и самый медленный процесс, который когда-либо наблюдался непосредственно, и наш детектор темной материи был достаточно чувствительным, чтобы его измерить», — сказал Этан Браун, доцент кафедры физики в Rensselaer, и соавтор исследования. «Удивительно видеть этот процесс, и наш детектор может измерить самое редкое из когда-либо зарегистрированных событий».

XENON Collaboration использует XENON1T, емкость сверхчистого жидкого ксенона весом 1300 кг, защищенную от космических лучей в криостате, погруженном в воду и помещенным на глубину 1500 метров под итальянскими горами Гран-Сассо.

Исследователи ищут темную материю, регистрируя крошечные вспышки света, возникающие при взаимодействии частиц с ксеноном внутри детектора. И хотя XENON1T был построен для захвата взаимодействия между частицей темной материи и ядром атома ксенона, детектор фактически улавливает сигналы от любых взаимодействий с ксеноном.

Доказательства распада ксенона были получены в виде протона внутри ядра атома ксенона, превращенного в нейтрон. В большинстве элементов, подверженных распаду, это происходит, когда один электрон втягивается в ядро. Но протон в атоме ксенона должен поглощать два электрона, чтобы превратиться в нейтрон, событие, называемое «захват двух электронов».

Смотрите также  Можно ли смоделировать на компьютере всю Вселенную, вплоть до последнего атома?

По словам Этана Брауна, двойной электронный захват происходит только тогда, когда два электрона находятся рядом с ядром в нужное время, что является «редкой вещью, помноженной на другую редкую вещь, что делает ее ультра-редкой».

Когда случилось эта ультра-редкое событие, и внутри детектора произошел двойной захват электронов, приборы уловили сигнал электронов в атоме, которые перестраивались, чтобы заполнить два свободных места от электронов, которые были поглощены ядром..

« в двойном захвате удаляются из самой внутренней оболочки вокруг ядра, и это создает пространство в этой оболочке», — говорит Этан Браун. «Оставшиеся электроны коллапсируют до основного состояния, и мы увидели этот процесс коллапса в нашем детекторе».

Это большое достижение — впервые ученые измерили период полураспада этого изотопа ксенона, основываясь на непосредственном наблюдении за его радиоактивным распадом.

«Это увлекательное открытие, которое расширяет границы знаний о наиболее фундаментальных характеристиках материи», — говорит физик Курт Бренеман. «Работа доктора Брауна по калибровке детектора и обеспечению очистки ксенона до максимально возможного стандарта чистоты была критической для проведения этого важного наблюдения».

Сотрудничество XENON включает в себя более 160 ученых из Европы, США и Ближнего Востока, а с 2002 года эксплуатирует три чувствительных детектора жидкого ксенона в Национальной лаборатории Гран Сассо в Италии.

XENON1T, самый большой детектор такого типа, когда-либо созданный, собирал данные с 2016 года по декабрь 2018 года, когда он был выключен. В настоящее ученые модернизируют эксперимент для новой фазы XENONnT, в которой активная масса детектора будет в три раза больше, чем у XENON1T. Вместе с пониженным уровнем фона это на порядок увеличит чувствительность детектора.

Смотрите также  Самый мощный магнит в мире создан для реактора ITER

Observation of two-neutrino double electron capture in 124Xe with XENON1T, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1124-4 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-1124-4

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x