El extraño evento que la humanidad ha presenciado en promedio, cada mil millones de la edad del universo – El diario andino
Año 2019. En un laboratorio subterráneo, un kilómetro y medio bajo el macizo de Gran Sasso en Italia, un detector de materia oscura fue testigo de algo extraordinario: la desintegración radiactiva de un átomo de Xenón-124. Es el proceso más lento (y por lo tanto raro) jamás registrado.
Tocaron la lotería cósmica. El Xenon-124 tiene un semi anchura de 1.8 × 10² años. Eso es 18 seguido de 21 ceros: 18,000 billones de años. Para ponerlo en perspectiva, el universo tiene «solo» unos 13.8 mil millones de años, de modo que el proceso que los científicos italianos podrían observar en 2019 es mil millones de veces más duradero que la edad del universo, como la edad del universo, como Los investigadores lo describieron En la revista de la naturaleza.
Un poco de contexto. La «semi -experiencia» es una medida estadística similar a la media vida, pero define específicamente el período semi -debate de una sustancia radiactiva. Uranium-238, por ejemplo, tiene un semi ancho de 4.500 millones de años. En el caso en cuestión, la semi-experiencia nos dice cuánto tiempo tiene que pasar para que la mitad de un grupo muy grande de átomos de Xenón-124 se desintegra y se convierta en otro elemento, el Teluro-124.
Para un átomo individual, su desintegración es un evento puramente aleatorio. Un átomo de concreto podría desintegrarse en el siguiente segundo o ser estable por un tiempo mucho mayor que su semiexperiencia. Para un grupo de átomos, la semiexperiencia es una predicción muy confiable de su comportamiento colectivo. Si tuviera un contenedor con una gran cantidad de átomos de xenón-124, tendrá que esperar 18,000 billones de años para que la mitad de los átomos se transformen.
¿Cómo lo hicieron? Con un recipiente muy grande, que contenía 3.2 toneladas de xenón líquido ultraverhopuro. Nos referimos al experimento Xenon1t del Laboratorio Nacional de Gran Sasso, en el centro de Italia. Un detector de materia oscura diseñada para la búsqueda directa de las partículas masivas hipotéticas de interacción débil (WIMP).
El detector fue diseñado con extrema sensibilidad y construida debajo de una montaña para aislarlo de la radiación cósmica. Pero lo que capturó no era una materia oscura, sino el susurro de un átomo de Xenón-124 descomposición; Transformándose en Teluro-124. El evento más extraño jamás haya presenciado.
No es una hipérbole. Realmente fue un hito de la física experimental que no deberíamos haber visto ni siquiera en miles de millones de vidas del universo. Pero aunque la probabilidad de que un átomo de Xenon-124 se desintegre en un año es prácticamente nulo, el detector contenía casi 10,000 mil millones de átomos de xenón en las dos toneladas de volumen que se analizaron.
Con una cantidad tan abrumadora de «boletos de lotería», la probabilidad de que al menos un desintegrado durante el período de observación aumentó dramáticamente. Durante los 177 días de recopilación de datos, el equipo no observó uno, sino un total de 126 eventos que luego podrían confirmar cómo la descomposición del Xenón-124, un tipo de desintegración radiactiva permitida por el modelo estándar de física de partículas, pero prácticamente indetectable.
¿Qué vieron? Un átomo de Xenón-124 se desintegra cuando su núcleo captura simultáneamente dos electrones de las capas más interiores. Esto hace que dos protones se conviertan en neutrones, transformando el átomo en Teluro-124. Pero la energía liberada es transportada por dos neutrinos, que escapan sin ser detectados.
Lo que detectaron los fotomultiplicadores Xenon1t hasta 126 veces fue la cascada de rayos X y los electrones Omer que ocurren cuando los electrones de las capas superiores de la caída del Xenón-124 para llenar los huecos que han dejado los dos electrones capturados. Esta es la firma de energía, el «flash» que traiciona el extraño evento del universo.
¿Ha servido para algo? Por más de lo que parece. Aunque no hubo suerte con la materia oscura, la detección mostró que Xenon1T puede capturar señales increíblemente débiles y raras, validando su diseño. Pero la medición también proporcionó datos experimentales para probar y mejorar los modelos teóricos que describen la estructura y la estabilidad de los núcleos atómicos.
Esta observación es un ensayo general para un objetivo aún más ambicioso: la búsqueda de capturas de electrones dobles sin neutrinos. Si se detectara este proceso hipotético, demostraría que los neutrinos son sus propias antipartículas (lo que se conoce como partículas de Majorana). Esto explicaría por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria.
Imagen | GNLS
En | Cuando ningún resultado es un buen resultado: la historia de Xenon y la búsqueda de la materia oscura
