הודות ל-XENON1T גלאי שנמצא מתחת להרי גראן סאסו של איטליה, מדענים תיעדו את אחד האירועים הנדירים ביותר שאותרו אי פעם: סוג מיוחד של ריקבון רדיואקטיבי בקסנון-124.
זה הישג מדהים, כי הריקבון של האיזוטופ הזה הוא מאוד מאוד איטי. למעשה, לקסנון-124 יש זמן מחצית חיים של 1.8 על 10 בהספק של 22 שנים - בערך פי טריליון יותר מגיל היקום.
בהתפרקות רדיואקטיבית,זמן מחצית חייםמתייחס לפרק הזמן שייקח למחצית מגרעיני האטום בדגימה נתונה להשתנות באופן ספונטני דרך אחד הגרעינים.סוגים רבים של ריקבון רדיואקטיבי, שלעתים קרובות כרוכים ביריקה או לכידת פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים בשילובים שונים.
במקרה זה, צוות חוקרים הצליח לצפות באירוע מיוחד שנקרא לכידת אלקטרונים כפול, שבו שני פרוטונים בתוך אטום קסנון ספגו בו-זמנית שני אלקטרונים, וכתוצאה מכך שני נויטרונים - שתוארו על ידי הצוות כ"דבר נדיר מוכפל באחר. דבר נדיר, מה שהופך אותו לנדיר במיוחד".
התצפית המרגשת הזו התרחשה הודות לכיול המדויק להפליא של XENON1T - המכשיר נועד לזהות אינטראקציות של חלקיקי חומר אפל היפותטיים עם אטומים ב-1,300 קילוגרמים (2,866 פאונד) של איזוטופ קסנון שארוז במיכל המכשיר.
אבל במקרה זה, החיישנים שנועדו לצפות באינטראקציות כאלה תפסו את ההתפרקות של האיזוטופ עצמו, מה שהוביל לתצפית נדירה מסוג אחר.
"למעשה ראינו את הריקבון הזה מתרחש,"אומר אחד החוקרים, איתן בראון מהמכון הפוליטכני של Rensselaer (RPI) בניו יורק. "זהו התהליך הארוך והאיטי ביותר שאי פעם נצפה ישירות, וגלאי החומר האפל שלנו היה רגיש מספיק כדי למדוד אותו".
"מדהים להיות עדים לתהליך הזה, והוא אומר שהגלאי שלנו יכול למדוד את הדבר הנדיר ביותר שתועד אי פעם".
מדענים מעולם לא צפו באופן ישיר בהתפרקות הרדיואקטיבית של איזוטופ הקסנון הזה, אם כי משנת מחצית החיים שלו הייתה תיאורטית מאז 1955. הוא מייצג עדות ישירה למשהו שחיפשנו במשך עשרות שנים.
מה שקורה בפועל הוא ש-XENON1T מזהה את האותות המופקים על ידי אלקטרונים באטום ומסדרים את עצמם מחדש כדי למלא את השניים שנלכדו בגרעין. כְּמוֹגיזמודומדווח, זה לא ממש מגיע לסף הסטטיסטי להיחשב כתגלית, אבל זו עדיין תצפית מדהימה.
"אלקטרונים בלכידה כפולה מוסרים מהקליפה הפנימית ביותר מסביב לגרעין, וזה יוצר מקום בקליפה הזו."אומר בראון. "שאר האלקטרונים קורסים למצב הקרקע, וראינו את תהליך הקריסה הזה בגלאי שלנו".
למרות ש-XENON1T נבנה כדי לחפש חומר אפל, הוא מראה כיצד מכשירים אלה יכולים להוביל גם לממצאים חשובים אחרים. התצפית האחרונה הזו יכולה ללמד אותנו יותר על, מדענים חלקיקים בשפע אך קשה לזיהוי צדים כבר עשרות שנים.
במקרה זה החוקרים ראו שני-לכידת אלקטרונים כפולה - התוצאה של סידור מחדש של אלקטרונים פירושה שני ניטרינו נפלטו על ידי גרעין האטום. האתגר הבא שהם רוצים לקחת על עצמם הוא לזהות לכידת אלקטרונים כפולים ללא נויטרינו - אירוע שהוא אפילו נדיר יותר מזה.
זה, בתורו, יכול לעזור לגלות כמה מהסודות העמוקים ביותר של פיזיקת החלקיקים.
"זהו ממצא מרתק שמקדם את גבולות הידע על המאפיינים הבסיסיים ביותר של החומר",אומר קורט ברנמןמ-RPI, שלא היה מעורב ישירות במחקר.
"העבודה של ד"ר בראון בכיול הגלאי ובהבטחה שהקסנון יישפשף ברמת הטוהר הגבוהה ביותר האפשרית הייתה קריטית לביצוע התצפית החשובה הזו."
המחקר פורסם בטֶבַע.
