En términos de longevidad, el universo no tiene nada en el xenón 124.
La teoría predice que la desintegración radiactiva del isótopo tiene una vida media que supera la edad del universo "en muchos órdenes de magnitud", pero hasta ahora no ha aparecido evidencia del proceso.
Un equipo internacional de físicos que incluye tres investigadores de la Universidad de Rice, el profesor asistente Christopher Tunnell, el científico visitante Junji Naganoma y el profesor asistente de investigación Petr Chaguine, informaron la primera observación directa de captura de doble electrón de dos neutrinos para el xenón 124, elproceso físico por el cual se descompone. Su artículo aparece esta semana en el diario Naturaleza .
Si bien la mayoría de los isótopos de xenón tienen vidas medias de menos de 12 días, se cree que algunos son excepcionalmente longevos y esencialmente estables. Xenon 124 es uno de esos, aunque los investigadores han estimado su vida media en 160 billones de añosa medida que se descompone en telurio 124. Se presume que el universo tiene entre 13 y 14 mil millones de años.
El nuevo hallazgo acerca la vida media del Xenon 124 a 18 sextillones de años. Para el registro, eso es 18,000,000,000,000,000,000,000.
La vida media no significa que a cada átomo le tome tanto tiempo desintegrarse. El número simplemente indica cuánto tiempo, en promedio, le tomará a la mayor parte de un material radiactivo reducirse a la mitad. Aún así, la posibilidad dever tal incidente para el xenón 124 es muy pequeño, a menos que uno reúna suficientes átomos de xenón y los coloque en el "lugar más puro de radio de la Tierra", dijo Tunnell.
"Un punto clave aquí es que tenemos tantos átomos, así que si alguno decae, lo veremos", dijo. "Tenemos una tonelada literal de material".
Ese lugar, ubicado en lo profundo de una montaña en Italia, es una cámara que contiene una tonelada de xenón líquido altamente purificado protegido de todas las formas posibles de interferencia radioactiva.
Llamado el experimento XENON1T, es el último de una serie de cámaras diseñadas para encontrar la primera evidencia directa de materia oscura, la sustancia misteriosa que se cree que explica la mayor parte de la materia en el universo.
También tiene la capacidad de observar otros fenómenos naturales únicos. Una de esas sondas en el último año fue monitorear la descomposición prevista del xenón 124. La clasificación a través del montón de datos producidos por la cámara reveló "decenas"Tunnell, quien se unió a Rice este año como parte de la Iniciativa de Ciencia de Datos de la universidad, dijo Tunnell.
"Podemos ver neutrones individuales, fotones individuales, electrones individuales", dijo. "Todo lo que entra en este detector depositará energía de alguna manera y es medible". XENON1T puede detectar fotones que cobran vida en el medio líquidoasí como electrones atraídos a una capa superior de gas xenón cargado. Ambos se producen cuando el xenón 124 se descompone.
"Hay diferentes maneras en que un isótopo radiactivo puede descomponerse", dijo. "Una es la descomposición beta. Eso significa que sale un electrón. Puede tener una desintegración alfa, donde escupe parte del núcleo para liberar energía.Y hay captura de electrones, cuando un electrón entra en el núcleo y convierte un protón en un neutrón. Esto cambia la composición del núcleo y da como resultado su desintegración.
"Normalmente, tienes un electrón entrando y saliendo un neutrino", dijo Tunnell. "Ese neutrino tiene una energía fija, que es cómo el núcleo expulsa su masa. Este es un proceso que vemos a menudo en la física de partículas nucleares,y se entiende bastante bien. Pero nunca habíamos visto dos electrones entrar al núcleo al mismo tiempo y emitir dos neutrinos ".
Los fotones se liberan como una cascada de electrones para llenar las vacantes más bajas alrededor del núcleo. Aparecen como una protuberancia en un gráfico que solo puede interpretarse como múltiples capturas de dos electrones dobles de dos neutrinos ". No se puede explicar con ningún otrofuentes de fondo que conocemos ", dijo Tunnell, quien se desempeñó como coordinador de análisis durante dos años.
XENON1T sigue siendo el detector más grande y sensible del mundo para partículas masivas débilmente interactivas, también conocidas como WIMP, las partículas hipotéticas que se cree que constituyen materia oscura. Tunnell trabajó en XENON1T con Naganoma, colega de Rice, quien se desempeñó como gerente de operaciones.
Los investigadores que componen la Colaboración XENON, todos los cuales son coautores del artículo, aún no han detectado la materia oscura, pero se está construyendo un instrumento más grande, XENONnT, para avanzar en la búsqueda. Chaguine es la puesta en marcha del nuevo instrumentogerente, responsable de su construcción.
El ejemplo de la colaboración podría llevar a los investigadores a encontrar otros procesos exóticos no relacionados con la materia oscura, dijo Tunnell, incluida la búsqueda en curso de otro proceso invisible, la captura de doble electrón sin neutrinos, en la que no se liberan neutrinos. Ese proceso, según el documento,"tendría implicaciones para la naturaleza del neutrino y daría acceso a la masa absoluta de neutrinos".
"Se vuelve complicado, porque aunque tenemos la ciencia que estamos tratando de hacer, también tenemos que pensar qué más podemos hacer con el experimento", dijo. "Tenemos muchos estudiantes buscando proyectos de tesis, por lo que hacemos una lista de 10 o 20 otras mediciones, pero son una toma en la oscuridad, y casi siempre se nos ocurre nada, como es típico de la ciencia impulsada por la curiosidad.
"En este caso, tomamos un tiro en la oscuridad donde dos o tres estudiantes tuvieron mucha suerte", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :