Bilim adamları yanlışlıkla bir yeraltı laboratuvarında evrendeki en nadir fenomeni gözlemlediler. Xenon-124’ün yarı ömrü 18 trilyon yıldır ve araştırmacılar karanlık madde ararken keşfedilmiştir.
Gran Sasso d’Italia (İtalya). Bilim adamlarından oluşan uluslararası bir ekip, Laboratori Nazionali del Gran Sasso’da (LNGS) inanılmaz derecede nadir görülen bir radyoaktif bozunmayı belgeledi. Laboratuvar, dünyadaki temel parçacıkları incelemek için en büyük yer altı tesisidir. Doğal olarak meydana gelen radyoaktiviteden tamamen korunmak için Gran Sasso dağlarının derinliklerinde yer almaktadır. Bilim adamları aslında oradaki karanlık maddeyi tespit etmeye çalışıyorlar, ancak şu anda gözlemlenen bozunma süreci tesadüfi bir keşif.
19. yüzyıldan beri, kararlı atom çekirdeklerinin yanı sıra kararsız olan ve ya enerji vererek durum değiştiren ya da parça kaybederek başka bir atom çekirdeğine dönüşen atom çekirdeklerinin olduğu bilinmektedir. Yarı ömür , atom çekirdeğinin yarısının bu bozunma süreciyle diğer atom çekirdeklerine dönüşmesinin ne kadar sürdüğünü gösterir. Bu işlem bir mikrosaniyeden daha kısa sürebileceği gibi, imkansız derecede uzun bir zaman alabilir ve evrenin yaşını aşabilir.
1,8 ·10²² yıllık yarı ömür
Yeraltı laboratuvarının merkezi, 3.200 kilogram sıvı ksenon içeren silindirik bir tanktır. Karanlık maddenin tespit edilebildiği bu tankta aslında çarpışmaların kaydedilmesi gerekiyor. Şimdiye kadar, bilim adamları henüz böyle bir kanıt bulamadılar, ancak şimdi ksenon-124 atomunun bozunmasını gösterebildiler.
Bilim adamları bu çürüme sürecinin 18 trilyon yıl süreceğini tahmin ediyor. Evrenin yaşının 13,8 milyar yıl olduğu tahmin edilmektedir. Bu süreden sonra bir ksenon-124 çekirdeğinin bozunmuş olma olasılığı yüzde 50’dir. Tanktaki ksenon yüzde 0,1 ksenon-124’ten oluştuğu için, bilim adamları aynı anda çok sayıda ksenon-124 atom çekirdeğini gözlemleyebildiler ve böylece nadiren meydana gelen süreçlerden birini belgelediler.
Nature dergisinde yayınlanan çalışmada bilim adamları, son iki yılda 126 xenon-124 bozunma sürecinin belgelendiğini ve bunlardan 18 trilyon yıllık bir yarı ömür hesapladıklarını açıklıyor. Bu, evrende şimdiye kadar tespit edilen en yavaş süreçtir.
Çift elektron yakalama
Ksenon-124 çekirdeği, 54 pozitif yüklü protondan, 70 nötr yüklü nötrondan ve negatif yüklü elektronlara sahip birkaç atomik kabuktan oluşur. Bozunma sürecinde, atom çekirdeğinin iki protonu, elektronları ikiye katlayarak atom çekirdeğinin en içteki kabuğundan iki elektron alır ve böylece nötronlara dönüşür. Daha sonra iki nötrino yayılır. Artık iki elektronu eksik olan atom kabuğunda ortaya çıkan dengesizlik, kalan elektronların kendilerini yeniden düzenlemesine neden olarak enerjinin X-ışınları şeklinde yayılmasına neden olur.
Nadir görülen bu süreç dünya yüzeyinde de gerçekleşse de, doğal olarak meydana gelen radyasyon nedeniyle ölçülemez. Laboratuvarın dağdaki konumu ve dolayısıyla var olmayan radyasyon nedeniyle kanıt mümkün oldu. Bunu yapmak için bilim adamları, bir kez çift elektron yakalama sırasında ve bir kez de serbest elektronlar sıvı ksenondan yukarı doğru hareket ettiğinde üretilen ışık sinyallerini dedektöre kaydetti. Elektron yakalamanın ve serbest bırakılan enerjinin tam konumu, hareket yönü ve iki sinyal arasındaki zaman farkından belirlenebilir.