El decaimiento atómico más lento jamás medido observado

26.04.2019

Xenon Collaboration

El detector XENON1T se utiliza para investigar partículas de materia oscura en las montañas del Gran Sasso.

En realidad, el detector XENON1T se supone que detecta partículas de materia oscura en el subsuelo. Pero un equipo de investigadores dirigido por físicos de Zurich ha logrado observar por primera vez otro proceso extremadamente raro: la descomposición del átomo Xenon-124, que tiene una vida media enorme de 1,8 × 10 con una potencia de 22 años.

El laboratorio subterráneo LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) está situado a unos 1500 metros de profundidad en las montañas italianas del Gran Sasso, donde los científicos buscan partículas de materia oscura protegidas de cualquier radioactividad. Utilizan el llamado detector XENON1T, cuyo corazón es un tanque cilíndrico de aproximadamente un metro de tamaño, lleno de 3200 kilogramos de xenón líquido a una temperatura de -95 grados Celsius.

La descomposición más rara jamás medida

Hasta ahora, los investigadores no han detectado ninguna partícula de materia oscura con este detector, pero han tenido éxito en observar la descomposición del átomo Xenon-124 por primera vez. La vida media medida aquí -el período de tiempo después del cual la mitad de todos los núcleos atómicos originales se han descompuesto radioactivamente- es más de un billón de veces mayor que la edad del universo, que ha existido durante unos 14.000 millones de años. El proceso observado es, por lo tanto, el proceso más raro en el universo jamás detectado directamente en un detector. "El hecho de que hayamos conseguido observar directamente este proceso demuestra de forma impresionante el potencial de nuestro método de medición, incluso para fenómenos físicos raros que no se originan en la materia oscura", dice la profesora Laura Baudis, física de astropartículas de la Universidad de Zurich, cuyo grupo está desempeñando un papel clave en el experimento XENON1T.

Un fenómeno difícil de detectar

El proceso observado es la llamada doble captura de electrones: el núcleo atómico del Xenón-124 está formado por 54 protones con carga positiva y 70 neutrones neutros y está rodeado por varias capas atómicas que están ocupadas por electrones con carga negativa. Con la doble captura de electrones, dos protones del núcleo capturan dos electrones de la capa más interna del átomo, se transforman en neutrones y emiten dos neutrinos. Como ahora faltan dos electrones en la capa atómica, los electrones restantes se reorganizan, emitiendo energía en forma de rayos X. Sin embargo, este proceso es extremadamente raro y normalmente está cubierto por rastros ubicuos de radiactividad "normal" - pero en el entorno protegido del laboratorio subterráneo, la detección era ahora posible.

Cálculo de la vida media a partir de las señales luminosas

Los rayos X de la doble captura de electrones generaron una primera señal de luz corta y electrones libres dentro del xenón líquido en el detector XENON1T. Estos se movieron hacia la parte superior del detector y generaron una segunda señal luminosa. A partir de la dirección y la diferencia de tiempo entre las señales, los científicos pudieron determinar la posición exacta de la doble captura de electrones, así como la energía liberada durante la desintegración. De un total de 126 procesos de este tipo observados en los dos últimos años, los físicos calcularon la enorme vida media de 1,8 × 1022 años para el átomo xenón-124. Este es el proceso más lento jamás detectado directamente.

"Los nuevos resultados muestran con qué precisión el detector XENON1T puede registrar decaimientos muy raros y filtrar las señales de interferencia", dice Laura Baudis. Dado que se emiten dos neutrinos en la captura de electrones dobles observada, el nuevo resultado puede proporcionar información importante para mediciones posteriores de la llamada captura de electrones dobles sin neutrinos. Con su descubrimiento aún pendiente, se pudieron responder preguntas importantes sobre la naturaleza de los neutrinos.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.

Hechos, antecedentes, expedientes
  • xenón
Su navegador no está actualizado. Microsoft Internet Explorer 6.0 no es compatible con algunas de las funciones de Chemie.DE.