暗物质探测器观察到迄今最罕见事件
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XENON1T实验中所用的光电倍增管会记录下暗物质粒子和氙原子碰撞时产生的光。图片来源:物理学家组织

科技日报记者 刘霞

据物理学家组织网24日报道, XENON协作研究团队科学家在最新一期《自然》杂志撰文称,他们的暗物质探测器XENON1T观察到氙-124的放射性衰变,并测得其半衰期为1.8×1022年,为宇宙年龄的一万亿倍。

最新研究合作者、美国伦斯勒理工大学物理学助理教授伊森·布朗说:“这是迄今为止最漫长、最缓慢的过程,也是迄今科学家观测到的最罕见事件。”

当氙原子核内的一个质子转化为一个中子时,氙发生衰变。大多数元素发生衰变时,元素的一个电子被拉入原子核中,原子核内的一个质子转化为一个中子;但氙原子的质子必须吸收两个电子才能转化为一个中子——“双电子捕获”。

布朗说:“‘双电子捕获’只发生于两个电子在合适的时间恰好紧邻原子核时,这种情况极为罕见。双重捕获中的电子被从原子核周围最内层壳中移除,在壳内留下空间,剩下的电子坍塌到基态,我们的探测器捕获到了这个坍塌过程。”

这是科学家首次在直接观察氙同位素放射性衰变的基础上,测量出其半衰期。该校科学学院院长库特·布雷内曼说:“新发现提升了我们对物质最基本特征的认知。”

XENON1T实验装置位于意大利格兰萨索国家实验室,在地下1400深处,其内部有一个装有3500千克液态氙的巨大柱形水槽。研究人员通过记录暗物质粒子与探测器内部的氙相互作用时产生的微光来搜索暗物质。XENON1T也是有史以来同类型探测器中最大的,它从2016年开始采集数据, 2018年12月关闭。科学家们目前正将其升级到XENONnT,新探测器的灵敏度将提升一个数量级。

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