Investigadores acaban de medir un átomo con una vida media de 18 sextillones de años

En lo profundo de una montaña en el centro de Italia, los científicos están poniendo una trampa para la materia oscura. ¿El cebo? Un gran tanque de metal lleno de 3,5 toneladas (3.200 kilogramos) de xenón líquido puro. Este gas noble es una de las sustancias más limpias y resistentes a la radiación de la Tierra, lo que lo convierte en un blanco ideal para capturar algunas de las interacciones de partículas más raras del universo.

Todo esto suena vagamente siniestro; dijo Christian Wittweg, un candidato a doctorado en la Universidad de Münster en Alemania, que ha trabajado con la llamada colaboración Xenon durante media década, y que va a trabajar todos los días se siente como «visitar a un villano de Bond». Hasta ahora, los investigadores de las montañas no han capturado materia oscura. Pero recientemente lograron detectar una de las interacciones de partículas más raras del universo. 11 Preguntas más importantes sin respuesta sobre la materia oscura]

Según un nuevo estudio publicado hoy (24 de abril) en la revista Nature, el equipo de más de 100 investigadores midió, por primera vez en la historia, la descomposición de un átomo de xenón-124 en un átomo de telurio 124 a través de un proceso extremadamente raro llamado doble captura de electrones dos-neutrino. Este tipo de descomposición radioactiva ocurre cuando el núcleo de un átomo absorbe simultáneamente dos electrones de su capa exterior de electrones, liberando así una dosis doble de las partículas fantasmales llamadas neutrinos.

Al medir esta descomposición única en un laboratorio por primera vez, los investigadores pudieron demostrar con precisión cuán rara es la reacción y cuánto tiempo tarda el xenón-124 en descomponerse. La vida media del xenón-124, es decir, el tiempo medio necesario para que un grupo de átomos de xenón-124 disminuya a la mitad, es de unos 18 años sextillón (1,8 x 10^22 años), aproximadamente 1 billón de veces la edad actual del universo.

Esto marca la vida media más larga jamás medida directamente en un laboratorio, agregó Wittweg. Sólo un proceso de desintegración nuclear en el universo tiene una vida media más larga: la desintegración del telurio 128, que tiene una vida media más de 100 veces mayor que la del xenón 124. Pero este suceso tan poco común sólo se ha calculado sobre el papel.

Un deterioro precioso

Al igual que con las formas más comunes de descomposición radioactiva, la captura de dos neutrinos de doble electrón ocurre cuando un átomo pierde energía a medida que cambia la proporción de protones y neutrones en el núcleo atómico. Sin embargo, el proceso es mucho más exigente que los modos de descomposición más comunes y depende de una serie de «coincidencias gigantescas», dijo Wittweg. Tener toneladas literales de átomos de xenón con los que trabajar hace que las probabilidades de que estas coincidencias se alineen sean mucho más probables.

Así es como funciona: Todos los átomos de xenón-124 están rodeados por 54 electrones, girando en capas nebulosas alrededor del núcleo. La captura de dos electrones doble-neutrino ocurre cuando dos de esos electrones, en capas cercanas al núcleo, emigran simultáneamente hacia el núcleo, chocando contra un protón cada uno y convirtiendo esos protones en neutrones. Como subproducto de esta conversión, el núcleo escupe dos neutrinos, partículas subatómicas elusivas sin carga y prácticamente sin masa que casi nunca interactúan con nada.

Esos neutrinos vuelan al espacio, y los científicos no pueden medirlos a menos que usen equipos extremadamente sensibles. Para probar que un evento de doble captura de electrones de dos neutrinos ha ocurrido, los investigadores de Xenon en cambio miraron a los espacios vacíos dejados atrás en el átomo en descomposición.

«Después de que los electrones son capturados por el núcleo, quedan dos vacantes en la capa atómica», dijo Wittweg. «Esas vacantes se llenan con capas más altas, lo que crea una cascada de electrones y rayos X.»

Esos rayos X depositan energía en el detector, que los investigadores pueden ver claramente en sus datos experimentales. Después de un año de observaciones, el equipo detectó cerca de 100 casos de átomos de xenón-124 decayendo de esta manera, proporcionando la primera evidencia directa del proceso.

Esta nueva detección del proceso de descomposición más raro en el universo no pone al equipo de Xenon más cerca de encontrar materia oscura, pero prueba la versatilidad del detector. El siguiente paso en los experimentos del equipo implica la construcción de un tanque de xenón aún más grande, capaz de contener más de 8.8 toneladas (8,000 kg) de líquido, para proporcionar aún más oportunidades de detectar interacciones poco comunes, dijo Wittweg.

  • Elemental, My Dear: 8 Elementos Poco Conocidos
  • ¿Qué es eso? Respuestas a sus preguntas sobre física
  • 18 veces Quantum Particles Blew Our Minds

Publicado originalmente en Misterius .

También te puede interesar

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *