Tipărire
Categorie: Blog Cătălina Oana Curceanu
Accesări: 1140


XENON1T

Un proces cu o viaţă medie de circa o mie de miliarde de ori mai mare decât viaţa universului a fost identificat de către detectorul XENON1T, la laboratorul subteran de la Gran Sasso, în Italia.

Sub muntele Gran Sasso din Italia, la circa jumătatea tunelului care uneşte oraşele L’Aquila şi Teramo, îşi are intrarea laboratorul subteran italian al INFN-ului  (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). Sub munte, în linişte cosmică, adică în absenţa razelor cosmice care sunt absorbite în mare parte de către munte, sunt amplasate mai multe instalaţii care scrutează universul în căutarea materiei întunecate.

Acest tip de materie, care exercită atracţie gravitaţională asupra materiei normale, adică cea pe care o vedem (precum stelele şi galaxiile), ar fi de circa cinci ori mai răspândită în univers decât materia normală, însă nu se ştie din ce anume este alcătuită. Se bănuieşte că ar putea fi compusă din particule pe care încă nu le-am descoperit şi care sunt vânate cu detectoare subterane sau la acceleratoarele de particule din întreaga lume.

Printre aceste proiecte de cercetare la loc de cinste se afla XENON1T, care include circa 160 de oameni de ştiinţă din întreaga lume şi care caută semnale ale interacţiunii particulelor de materie întunecată cu xenonul lichid. Xenonul devine lichid la -95 C, având o densitate de circa trei ori mai mare decât cea a apei. Dacă o particulă de materie întunecată ajunge în acest volum de xenon lichid (detectorul XENON1T având o formă cilindrică cu un diametru de circa 1 metru şi o înălţime tot de 1 metru), interacţionează cu un nucleu de xenon, generând  un semnal luminos (prin scintilaţie), şi electroni, care la rândul lor generează semnale luminoase, măsurate cu ajutorul unor detectoare de lumină ultrasensibile.

Până în prezent însă detectorul nu a identificat nici o particulă de materie întunecată, însă a reuşit performanţa de a măsura cel mai rar proces din lume cunoscut până în prezent. Este vorba despre dublă captură de electroni ai xenonului-124, adică o captură simultană a doi electroni de către doi protoni ai unui nucleu de xenon, cu transformarea acestora în doi neutroni. În acest proces se generează şi doi neutrini.  În urma acestei capturi Xenonul-124 se transformă într-un nucleu de telur-124.

Cei doi electroni sunt capturaţi simultan de către doi protoni din orbita cea mai apropiată de nucleul de xenon. În urma capturii se produce un proces de cascada atomică, care readuce doi electroni pe orbita fundamentală a atomului de telur; în acest proces se emite o cantitate de energie bine-cunoscută.

Viaţa medie a procesului de dublă captură electronică este de 1,22 x 1022 de ani, adică de circa o mie de miliarde de ori mai mare ca viaţa universului, care de la Big Bang până în prezent are aproximativ 13,8 miliarde de ani. Un adevărat record!

Rezultatul acestui studiu va fi publicat în prestigioasa revista Nature, coperta acestei reviste având o imagine reprezentativă pentru aceasta măsurătoare deosebit de interesantă.

Acest rezultat arată cum experimentul XENON1T are o sensibilitate extremă, fiind la ora actuală cel mai mare detector pentru măsurarea materiei întunecate, având o masă de circa două tone de xenon şi un fond (adică evenimente care provin de la radioactivitatea rocilor sau reziduuri de raze cosmice) extrem de mic.

La ora actuală cercetătorii din cadrul proiectului de cercetare ştiinţifică lucrează la o îmbunătăţire a aparatului, la aşa-numita versiune XENONnT, în cadrul căreia se va folosi o cantitate de trei ori mai mare de xenon lichid şi fondul va fi redus de două ori. Nouă versiune a experimentului va fi gata de a începe măsurătorile la sfârşitul lui 2019 şi va avea o sensibilitate de aproximativ 10 ori mai mare decât XENON1T.

XENONnT va continua să scruteze universul, în căutarea materiei întunecate şi a proceselor extrem de rare, precum cel al dublei capturi de electroni de către nucleul xenonului-124.

Informarea de presă privind descoperirea, cu mai multe detalii, poate fi citită aici.