Un proces cu o viata medie de circa o mie de miliarde de ori mai mare dacat viata Universului a fost masurat de catre experimentul XENON1T la laboratorul subteran de la Gran Sasso, in Italia.
Sub muntele Gran Sasso din Italia, la circa jumatatea tunelului care uneste orasele L’Aquila si Teramo, isi are intrarea laboratorul subteran italian al INFNului (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). Sub munte, in linistea cosmica, adica in absenta razelor cosmice care sunt absorbite in mare parte de catre munte, sunt amplasate mai multe experimente care scruteaza Universul in cautarea materiei intunecate. Aceasta materie, care exercita atractie gravitationala asupra materiei normale, adica cea pe care o vedem (precum stelele si galaxiile) ar fi de circa cinci ori mai raspandita in Univers decat materia normala, insa nu se stie din ce anume este alcatuita. Se banuieste ca ar putea fi compusa din particule pe care inca nu le-am descoperit si care sunt vanate in experimente subterane sau la acceleratoarele de particule din intreaga lume. Printre aceste experimente la un loc de cinste se afla XENON1T, realizat de o colaborare care include circa 160 de oameni de stiinta din intreaga lume, si care cauta semnale ale interactiunii particulelor de materie intunecata cu xenonul lichid. Xenonul devine lichid la -95 C, avand o densitate de circa trei ori mai mare decat cea a apei. Daca o particula de materie intunecata ajunge in acest volum de xeon lichid, detectorul XENON1T avand o forma cilindrica cu un diametru de circa 1 metru si o inaltime tot de 1 metru, interactioneaza cu un nucleu de xenon, generand un semnal luminos (prin scintilatie), si electroni, care la randul lor genereaza semnale luminoase, masurate cu ajutorul unor detectoare de lumina ultrasensibile. Pana in prezent insa experimentul nu a masurat nici o particula de materie intunecata insa a reusit performanta de a masura cel mai rar proces din lume cunoscut pana in prezent. Este vorba despre dubla captura de electroni a xenonului-124, adica o captura simultana a doi electroni de catre doi protoni ai unui nucleu de xenon, cu transformarea acestora in doi neutroni. In acest proces se genereaza si doi neutrini. Xenonul-124 in urma acestei capturi se trasforma intr-un nucleu de Telur-124. Cei doi electroni sunt capturati simultan de catre doi protoni din orbita cea mai apropiata de nucleul de xenon. In urma capturii se produce un proces de cascada atomica, care readuce doi electroni pe orbita fundamentala a atomului de telur; in acest proces se emite o cantitate de energie bine cunoscuta. Viata medie a procesului de dubla captura electronica este de 1.22 x 1022 de ani, adica de circa o mie de miliarde de ori mai mare ca viata Universului, care de la Big Bang pana in prezent are aproximativ 13.8 miliarde de ani. Un adevarat record! Rezultatul acestui studiu va fi publicat in prestigioasa revista Nature, coperta acestei reviste avand o imagine reprezentativa pentru aceasta masuratoare deosebit de interesanta. Acest rezultat arata cum experimentul XENON1T are o sensibilitate extrema fiind la ora actuala cel mai mare detector pentru masurarea materiei intunecate, avand o masa de circa doua tone de xenon si un fond (adica evenimente care provin de la radioactivitatea rocilor sau reziduuri de raze cosmice) extrem de mic. La ora actuala cercetatorii din cadrul colaborarii lucreaza la o imbunatatire ulterioara a aparatului, la asa-numita versiune XENONnT, in cadrul careia se va folosi o cantitate de trei ori mai mare de xenon lichid si fondul va fi redus de doua ori. Noua versiune a experimentului va fi gata de a incepe masuratorile la sfarsitul lui 2019 si va avea o sensibilitate de aproximativ 10 ori mai mare decat XENON1T. XENONnT va continua sa scruteze Universul, in cautarea materiei intunecate si a proceselor extrem de rare, precum cel al dublei capturi de electroni de catre nucleul xenon-124.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro
Ne puteți urmări și pe Google News
Recomandările noastre
