Впервые в истории ученые напрямую наблюдали экзотический вид радиоактивного распада под названием двухнейтринный двойной электронный захват. 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. 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.
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). Это один из немногих радиоактивных изотопов, которые распадаются в результате двухнейтринного двойного захвата электронов. Но атомы так редко подвергаются этому распаду, что ученым нужно отслеживать огромное количество атомов ксенона, чтобы получить шанс засвидетельствовать это.
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. Это устройство, защищенное от фонового излучения в подземной Национальной лаборатории Гран Сассо в Италии, содержит около трех метрических тонн ксенона.
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. Хотя сами нейтрино не дают себя обнаружить, процесс захвата электронов испускает рентгеновские лучи и выбрасывает другие электроны из атома, которые обнаружить можно.
С февраля 2017 года по февраль 2018 XENON1T собрал контрольные сигналы двойного захвата электронов с двумя нейтрино примерно 126 раз. 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.
Теперь ученым предстоит увидеть безнейтринный двойной захват электронов. Думаете, получится? Расскажите в нашем чате в Телеграме.