이탈리아 중부의 산 속 깊은 곳에서 과학자들은 암흑 물질의 함정을 놓았습니다. 미끼? 순수한 액체 크세논 3.5 톤 (3,200 킬로그램)으로 가득 찬 큰 금속 탱크. 이 고귀한 가스는 지구상에서 가장 깨끗하고 가장 방사선에 강한 물질 중 하나이므로 우주에서 가장 희귀 한 입자 상호 작용을 포착하는 데 이상적인 대상입니다.
그것은 모두 모호하게 들린다. 독일 뮌스터 대학교 (University of Münster)의 박사 후보 인 크리스티안 위 트윅 (Christian Wittweg)은 소위 크세논 (Cenon) 공동 작업으로 지난 10 년간 일하면서 매일 일을하는 것은 "본드 악당을 방문하는 것"과 같은 느낌이라고 말했다. 지금까지 산 거주 연구원들은 암흑 물질을 포착하지 못했습니다. 그러나 그들은 최근 우주에서 가장 희귀 한 입자 상호 작용 중 하나를 탐지하는 데 성공했습니다.
네이처 (Nature) 저널에 오늘 (4 월 24 일) 발표 된 새로운 연구에 따르면, 100 명 이상의 연구팀이 처음으로 극히 드문 공정을 통해 크세논 -124 원자가 텔 루륨 124 원자로 붕괴되는 것을 측정했습니다 중성미자 이중 전자 포착. 이 유형의 방사성 붕괴는 원자핵이 외부 전자 껍질에서 두 개의 전자를 동시에 흡수하여 중성미자라고하는 유령 입자의 이중 용량을 방출 할 때 발생합니다.
실험실에서 처음으로이 독특한 붕괴를 측정함으로써 연구자들은 반응이 얼마나 드문 지, 그리고 크세논 -124가 붕괴하는 데 걸리는 시간을 정확하게 증명할 수있었습니다. 크세논 -124의 반감기, 즉 크세논 -124 원자 그룹이 반으로 줄어드는 데 걸리는 평균 시간은 약 18 세의 성년 (1.8 x 10 ^ 22 년)으로, 현재 나이의 약 1 조 배입니다. 우주의.
이것은 실험실에서 직접 측정 한 가장 긴 반감기를 의미한다고 Wittweg는 덧붙였다. 우주에서 단 하나의 핵붕괴 과정 만이 반감기가 더 길다. 텔 루륨 -128의 붕괴는 크세논 -124보다 반감기가 100 배 이상 길다. 그러나이 희귀 한 이벤트는 종이로만 계산되었습니다.
소중한 부패
보다 일반적인 형태의 방사성 붕괴와 마찬가지로, 원자핵의 양성자와 중성자의 비율이 변화함에 따라 원자가 에너지를 잃을 때 2- 중성미자 이중 전자 포획이 일어난다. 그러나이 과정은 일반적인 붕괴 모드보다 훨씬 까다 롭고 일련의 "거대한 우연의 일치"에 달려 있다고 Wittweg는 말했다. 문자 그대로 톤의 크세논 원자가 작용함으로써 이러한 우연의 일치 가능성이 훨씬 높아졌습니다.
작동 원리는 다음과 같습니다. 모든 크세논 -124 원자는 54 개의 전자로 둘러싸여 핵 주위의 헷갈리는 껍질에서 회전합니다. 2 중성미자 이중 전자 포획은 핵에 가까운 껍질에있는 두 전자가 동시에 핵으로 이동하여 한 양성자에 충돌하여 그 양성자를 중성자로 변환 할 때 발생합니다. 이러한 전환의 부산물로서, 핵은 두 개의 중성미자를 방출하며, 전하가없고 거의 상호 작용을하지 않는 질량이 거의없는 미묘한 아 원자 입자를 분출합니다.
이 중성미자는 우주로 날아가고 과학자들은 매우 민감한 장비를 사용하지 않으면 측정 할 수 없습니다. 2 중성미자 이중 전자 포획 사건이 발생했음을 증명하기 위해 크세논 연구원들은 그 대신에 붕괴하는 원자에 남겨진 빈 공간을 조사했다.
Wittweg 박사는“핵이 전자를 포획 한 후에는 원자 껍질에 2 개의 공석이 남아있다”고 말했다. "이 빈자리는 더 높은 껍질로 채워져 전자와 엑스레이가 연속적으로 형성됩니다."
이 X-ray는 검출기에 에너지를 축적시켜 연구원들이 실험 데이터에서 명확하게 볼 수 있습니다. 1 년간의 관측 후, 연구팀은 이러한 방식으로 붕괴되는 100 여종의 크세논 -124 원자를 탐지하여 공정의 첫 번째 직접적인 증거를 제공했다.
우주에서 2 차 소멸 붕괴 과정에 대한이 새로운 탐지는 크세논 팀을 암흑 물질을 찾는 데 더 가깝게 만들지는 않지만 검출기의 다양성을 입증합니다. 팀의 실험의 다음 단계는 훨씬 더 큰 크세논 탱크 (8.8kg (8.2kg)의 액체를 담을 수있는 탱크)를 구축하여 희귀 한 상호 작용을 감지 할 수있는 더 많은 기회를 제공하는 것이라고 Wittweg는 말했다.
