Un detector de materia oscura capta la muerte del xenón-124
Actualizado el 20 septiembre, 2022
En lo profundo de una montaña en el centro de Italia, el XENON1T, un gran tanque de metal lleno de 3 toneladas de xenón líquido puro, acaba de ver como moría el xenón-124, probablemente uno de los eventos más raros registrados. Este gas noble es una de las sustancias más limpias y más resistentes a la radiación en la Tierra, por lo que es un objetivo ideal para capturar algunas de las interacciones de partículas más raras del universo.
Hasta ahora, los investigadores que viven en las montañas no han capturado ninguna materia oscura. Pero recientemente lograron detectar una de las interacciones de partículas más raras en el universo.
Según el estudio, el equipo de más de 100 investigadores midió, por primera vez, 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 electrón». Este tipo de desintegración radioactiva ocurre cuando el núcleo de un átomo absorbe dos electrones de su capa externa simultáneamente, liberando así una doble dosis 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 tarda el decaimiento del xenón-124. La vida media del xenón-124, es decir, el tiempo promedio requerido para que un grupo de átomos de xenón-124 disminuya a la mitad, aproximadamente 1 billón de veces la edad actual del universo.
«Dicho de otra manera», dijo Wittweg, doctorado candidato en la Universidad de Münster en Alemania, «si tuvieras 100 átomos de xenón-124 cuando los dinosaurios se extinguieron hace 65 millones de años, estadísticamente hablando, los 100 de ellos todavía estarían hoy».
«Esto marca la vida media más larga que se haya medido directamente en un laboratorio», agregó Wittweg.
Una desintegración radioactiva poco común
Al igual que con las formas más comunes de desintegración radioactiva, la captura de dos electrones con dos neutrinos 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 delicado que los modos de desintegración más comunes y depende de una serie de «coincidencias gigantes», dijo Wittweg. Tener toneladas de átomos de xenón con los que trabajar literalmente hizo que las probabilidades de estas coincidencias se alinearan probablemente mucho más.
Como funciona
Todos los átomos de xenón-124 están rodeados por 54 electrones, que giran en capas borrosas alrededor del núcleo. La captura de dos electrones de dos neutrinos ocurre cuando dos de esos electrones, en capas cercanas al núcleo, migran simultáneamente al núcleo, chocando en un protón cada uno y convirtiendo esos protones en neutrones. Como un 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 utilicen equipos extremadamente sensibles. Para probar que se ha producido un evento de captura de dos electrones con dos neutrinos, los investigadores de Xenon observaron los espacios vacíos que quedaban 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 de capas superiores, 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 instancias de átomos de xenón-124 que se descomponían de esta manera, proporcionando la primera evidencia directa del proceso.
Fuente: Live Science
