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氙同位素半衰期观察

作者:小编 日期:2020-08-24 14:28:51 点击数:

国内外媒体争相报道了暗物质探测器领域的一个重磅新闻,因为科学家们罕见地探测到了半衰期长达 1.8×10^22 年的氙同位素衰变,比已知的宇宙年龄还要长。

据悉,半衰期是材料稳定性的一个衡量标准,表明了预期半数原子衰变所需的时间。

此前,“氙-124”半衰期已被认为是约 160 万亿年。但在新的观察结果面前,那也不过是“弹指一瞬间”。

近日发表在《自然》(Nature)期刊上的研究报道指出,氙-124 的半衰期达到了人类难以理解的 18×10^21 年(10^21 可被称作 sextrillion)。

作为对比,目前已知的宇宙年龄(138 亿年),也不到它的万亿分之一。在材料领域,氙-124 具有最长的半衰期。前纪录保持者(铋-209)也才 19×10^18 年(10^18 可称作 quintillion)。

由于半衰期久得不可思议,对其衰变的观测,也显得极为罕见。为增加观测的几率,科学家们只能想办法囤积超大数量的氙同位素。

在 XENON1T 实验中,科学家们就在一个容器里装入了 1.3 吨(,866 磅)的液体氙。容器外设置了极其敏感的探测器,以观察衰变事件发射出来的光子和其它粒子。在对为期一年的数据进行分类后,研究人员们找到了数十起此类衰变报告。

在物理学上,这类事件被称作电子俘获(Electron Capture)。当一个电子进入原子核后,质子变成了中子,这就是一次衰变。然而在此例中,研究人员首次观察到了神奇的‘双电子俘获’现象。研究合著者 Christopher Tunnell 表示:“正常情况下,会有一个电子进来,然后一个中微子出去”。

原子核驱逐其质量(中微子)的时候,所涉及的能量是是一个固定值。在核粒子物理学中,这是一个相当常见、且易于理解的过程。但是此前,我们从未见过有两个电子同时进入原子核,并挤出两个中微子。需要指出的是,尽管这项发现极具开创性,但这其实并不是 XENON1T 实验的主要目标。

据悉,XENON1T 实验旨在找寻暗物质存在的线索。这种难以捉摸的物质,占据了宇宙总质量的大头(与普通物质的比例可达 5:1)。科学家们原本希望,这些实验能够帮助观察到罕见的‘暗物质与正常物质的相互作用’事件。但没想到歪打正着,让研究人员得出了其它有趣的结论。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然》(Nature)期刊上。原标题为:《Observation of two-neutrino double electron capture in 124Xe with XENON1T》



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