Eine tube aufgeregt xenon-gas.Foto: Alchemist-hp (Wikimedia Commons)
In der vergangenen Woche, die Wissenschaftler angekündigt, dass Sie hatte eine unglaubliche Physik-Beobachtung über einen Bottich mit flüssigem xenon. Es ist offiziell in den seltensten atomaren Zerfall—und wirklich, das seltenste Ereignis jeglicher Art—jemals direkt gemessen.
Wie selten? Wie schrieb ich in meinem vorherigen Artikel über das Ergebnis, “Die Durchschnittliche Zeit, die es dauern würde, die Hälfte der xenon-Atome in einer Probe zu Unterziehen, ist diese Reaktion von 1,8 × 1022 Jahre… Das ist ungefähr eine Billionen mal dem Alter des Universums.” Meinen Ohren, bildlich begann zu lecken und Gehirn-Saft versucht zu ergründen, also ich dachte, ich würde versuchen, zu brechen, wie es möglich ist, für die Wissenschaftler Messen, wie ein Seltenes Ereignis.
Zur Erinnerung: Am Mittwoch, Forscher, die an der XENON1T-experiment angekündigt, dass Sie gemacht hatten, eine bahnbrechende Beobachtung einer Art von nuklearen Zerfall genannt zwei-neutrino Doppel-elektroneneinfang. Im wesentlichen wird ein paar von Protonen im atom-Kern jeder spontan absorbiert ein atom die Elektronen bei der gleichen Zeit. Dies resultiert in der Freisetzung von einem paar von neutrinos und Röntgenstrahlung.
Physiker haben die Theorie die Existenz dieser atomaren Zerfall seit 1955, und am meisten interessiert sind, weil es ein Sprungbrett zu mehr interessante Physik-Ergebnisse. Eine andere Art von Ereignis, electron capture ohne neutrinos (wenn pair der atom-Neutronen spontan emittieren Elektronen und neutrinos, aber die neutrinos verloren gehen, vernichten einander in gamma-Strahlen), konnte zeigen, tiefgründige Wahrheiten über die Natur des geheimnisvollen Neutrinos, die am zweithäufigsten vorkommende Partikel im Universum.
Aber kommen wir zurück auf das bit etwa 1,8 × 1022 Jahre. Wie ist es möglich, direkt zu Messen ein Ereignis, dass man scheinbar warten müssen, bis lange, nachdem Sie alle Sterne ausbrennen zu erleben? Naja, zum Glück ist das nicht wirklich, wie Halbwertszeiten arbeiten. Das Konzept der ” half-life sagt im wesentlichen, dass, wenn Sie einen Stapel von Atomen, die Halbwertszeit ist die Zeit, die es dauert, bis die Hälfte der Atome zu Unterziehen, die atomaren Zerfall des Studiums. Je mehr Atome Sie haben, desto wahrscheinlicher werden Sie, um zu sehen, den atomaren Zerfall, die Sie suchen.
Das XENON1T-experiment beinhaltet als 3500 Kilogramm flüssiges xenon begraben tief unter der Erde in einem Berg in Italien. Ihr primäres Ziel ist die Messung der Teilchen der dunklen Materie interagieren mit den Atomen (so etwas hat es noch nicht geschafft, das zu tun). Aber von den 3.500 Kilogramm rund 2 Kilogramm sind ein Geschmack von xenon, der kann sich dieses zwei-neutrino Doppel-elektroneneinfang-event, ein Isotop namens xenon-124 (weil die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern ist 124), Autor der Studie Christian Wittweg, Ph. D-student an der Universität Münster in Deutschland, sagte Gizmodo.
Eine schnelle Schätzung mit high-school-Chemie würde sagen, das ist gleich um 1025 xenon-124-Atome. Wenn es dauert, 1.8 × 1022 Jahre für die Hälfte der xenon-Atome zu zerfallen, die dann in einem Jahr, ein paar hundert oder so zerfallen wird (danke Wolfram Alpha).
Und in der Tat, die Wissenschaftler gemeldet, dass 126 der zwei-neutrino Doppel-elektroneneinfang-Veranstaltungen in den Bottich mit flüssigem xenon.
Dies ist die seltenste decay jemals direkt gemessen werden, obwohl die Wissenschaftler gesehen haben indirekte Beweise für andere nukleare Zerfälle mit noch längeren Halbwertszeiten. Aber können Sie sich vorstellen, wo ein Physiker vielleicht möchten Sie von hier aus gehen. Neutrinolosen doppelten beta-Zerfall und den neutrinolosen Doppel-elektroneneinfang-beide haben längere Halbwertszeiten, so sehen Sie eine angemessene Anzahl dieser Ereignisse—die Physiker wollen zu tun, um zu beweisen, dass Sie in der realen Welt existieren und nicht nur in der Theorie—auf eine angemessene Zeitspanne erfordern würde, die noch größere Bottiche von Atomen. Und in der Tat, die Physiker arbeiten bereits an Experimenten wie diesem und hoffen auch weiterhin Ergänzung der bestehenden Detektoren für die Jagd auf diese seltenen Zerfällen.
So, die Messung, das XENON1T-experiment, war eines der seltensten nukleare Zerfälle je beobachtet wurde. Aber wenn Sie zusehen, wie ein genügend großer Haufen Atome, hast du eine Chance zu sehen, ein one-in-a-sextillion Veranstaltung.
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