ลึกลงไปในภูเขาในภาคกลางของอิตาลีนักวิทยาศาสตร์กำลังวางกับดักสำหรับสสารมืด เหยื่อเหรอ? ถังโลหะขนาดใหญ่เต็มไปด้วย 3.5 ตัน (3,200 กิโลกรัม) ของซีนอนเหลวบริสุทธิ์ แก๊สอันสูงส่งนี้เป็นหนึ่งในสารที่สะอาดและป้องกันรังสีได้มากที่สุดในโลกทำให้เป็นเป้าหมายในอุดมคติสำหรับการจับการโต้ตอบของอนุภาคที่หายากที่สุดในจักรวาล
ทุกอย่างฟังดูน่ากลัว Christian Wittweg ผู้สมัครระดับปริญญาเอกจาก University of Münsterในเยอรมนีกล่าวซึ่งทำงานร่วมกับ Xenon ที่เรียกว่าการทำงานร่วมกันมานานกว่าครึ่งทศวรรษในการทำงานทุกวันให้ความรู้สึกเหมือน จนถึงตอนนี้นักวิจัยที่อยู่อาศัยบนภูเขายังไม่ได้จับสสารมืด ๆ แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้พวกเขาประสบความสำเร็จในการตรวจจับหนึ่งในอนุภาคที่หายากที่สุดในจักรวาล
จากการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันนี้ (24 เมษายน) ในวารสาร Nature ทีมนักวิจัยกว่า 100 คนได้ทำการวัดเป็นครั้งแรกที่การสลายตัวของอะตอม xenon-124 เป็นอะตอมเทลเลียม 124 ผ่านกระบวนการที่หายากมากที่เรียกว่า การจับอิเล็กตรอนสองนิวตริโน การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีชนิดนี้เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมดูดซับอิเล็กตรอนสองตัวจากเปลือกอิเล็กตรอนด้านนอกพร้อมกันดังนั้นจึงปล่อยอนุภาคคู่ที่เรียกว่านิวตริโน
ด้วยการวัดการสลายตัวที่ไม่เหมือนใครนี้ในห้องปฏิบัติการเป็นครั้งแรกนักวิจัยสามารถพิสูจน์ได้อย่างแม่นยำว่าปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นได้ยากเพียงใดและใช้เวลานานแค่ไหนที่ซีนอน-124 สลายตัว ครึ่งชีวิตของซีนอน -124 - นั่นคือเวลาเฉลี่ยที่จำเป็นสำหรับกลุ่มของซีนอน -124 ที่จะลดลงครึ่งหนึ่ง - ประมาณ 18 ล้านปี (1.8 x 10 ^ 22 ปี) ประมาณ 1 ล้านล้านครั้งในยุคปัจจุบัน ของจักรวาล
นี่เป็นเครื่องหมายครึ่งชีวิตที่ยาวที่สุดเดียวที่เคยวัดโดยตรงในห้องทดลอง Wittweg กล่าวเสริม กระบวนการสลายตัวทางนิวเคลียร์เพียงหนึ่งเดียวในจักรวาลนั้นมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานกว่า: การสลายตัวของเทลเลียม -128 ซึ่งมีครึ่งชีวิตยาวกว่า 100 เท่าของซีนอน -124 แต่เหตุการณ์ที่หายากอย่างไม่ได้ผลถูกคำนวณบนกระดาษเท่านั้น
การสลายตัวอันมีค่า
เช่นเดียวกับการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีที่พบได้ทั่วไปการจับอิเล็กตรอนสองนิวตริโนเกิดขึ้นเมื่ออะตอมสูญเสียพลังงานเมื่ออัตราส่วนของโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสอะตอมเปลี่ยนไป อย่างไรก็ตามกระบวนการดังกล่าวมีความพิถีพิถันมากกว่าโหมดการสลายตัวทั่วไปและขึ้นอยู่กับ "ความบังเอิญขนาดยักษ์" Wittweg กล่าว การมีอะตอมซีนอนเป็นตัวอักษรจำนวนมากในการทำงานทำให้โอกาสของความบังเอิญเหล่านี้เรียงตัวกันมากขึ้น
นี่เป็นวิธีการทำงาน: อะตอม xenon-124 ทั้งหมดล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน 54 ตัวหมุนรอบเปลือกหอยรอบนิวเคลียส การจับอิเล็กตรอนแบบสองนิวตริโนเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนสองตัวนั้นในเปลือกใกล้กับนิวเคลียสพร้อมกันก็ย้ายเข้าสู่นิวเคลียสพร้อมกันกลายเป็นโปรตอนต่อหนึ่งโปรตอนและเปลี่ยนโปรตอนเหล่านั้นเป็นนิวตรอน ในฐานะที่เป็นผลพลอยได้จากการเปลี่ยนแปลงนี้นิวเคลียสจะแยกนิวทริโนออกไปสองอนุภาคอนุภาคกึ่งอะตอมที่ไม่มีประจุและไม่มีมวลที่แทบไม่เคยมีปฏิสัมพันธ์กับอะไรเลย
นิวตริโนเหล่านั้นบินออกไปสู่อวกาศและนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถวัดพวกมันได้เว้นแต่พวกเขาจะใช้อุปกรณ์ที่ไวมาก เพื่อพิสูจน์ว่าเกิดเหตุการณ์จับอิเล็กตรอนสองนิวตริโนเกิดขึ้นนักวิจัยซีนอนแทนที่จะมองไปที่พื้นที่ว่างที่เหลืออยู่ในอะตอมการสลายตัว
Wittweg กล่าวว่าหลังจากที่อิเล็กตรอนถูกจับโดยนิวเคลียสจะมีตำแหน่งว่างอยู่สองตำแหน่งในเปลือกอะตอม "ตำแหน่งว่างเหล่านั้นเต็มไปด้วยเปลือกหอยที่สูงกว่าซึ่งจะสร้างเรียงซ้อนของอิเล็กตรอนและรังสีเอกซ์"
รังสีเอกซ์เหล่านั้นสะสมพลังงานในเครื่องตรวจจับซึ่งนักวิจัยสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนในข้อมูลการทดลองของพวกเขา หลังจากการสังเกตการณ์เป็นเวลาหนึ่งปีทีมตรวจพบอะตอมซีนอน-124 เกือบ 100 ตัวอย่างที่สลายตัวด้วยวิธีนี้ซึ่งเป็นหลักฐานโดยตรงครั้งแรกของกระบวนการ
การตรวจจับใหม่ของกระบวนการสลายตัวที่หาได้ยากครั้งที่สองในจักรวาลไม่ได้ทำให้ทีมซีนอนใกล้ชิดกับการหาสสารมืด แต่มันพิสูจน์ให้เห็นถึงความเก่งกาจของเครื่องตรวจจับ ขั้นตอนต่อไปในการทดลองของทีมเกี่ยวข้องกับการสร้างถังซีนอนขนาดใหญ่ขึ้น - อันนี้มีความสามารถในการเก็บของเหลวได้มากกว่า 8.8 ตัน (8,000 กิโลกรัม) เพื่อให้มีโอกาสมากขึ้นในการตรวจจับปฏิสัมพันธ์ที่หายาก Wittweg กล่าว
