"Un billón de veces la edad del cosmos": lo más raro que se ha detectado

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Publicado el 24 de abril de 2019

Cluster Abell 3827

"De hecho, vimos que esta decadencia sucedió. Es el proceso más largo y lento que se haya observado directamente, y nuestro detector de materia oscura fue lo suficientemente sensible como para medirlo ", dijo Ethan Brown, profesor asistente de física en el Instituto Politécnico de Rensselaer. "Es asombroso haber presenciado este proceso, y dice que nuestro detector puede medir lo más raro jamás registrado".

¿Cómo observas un proceso que lleva más de un billón de veces más que la edad del universo? El equipo de investigación de XENON Collaboration lo hizo con un instrumento construido para encontrar la partícula más difícil de alcanzar en el universo: la materia oscura. En un artículo que se publicará mañana en la revista Nature, los investigadores anuncian que han observado la desintegración radioactiva del xenón-124, que tiene una vida media de 1.8 X 1022 años.

La colaboración XENON funciona con XENON1T, una cuba de 1,300 kilogramos de xenón líquido superpuro protegido de los rayos cósmicos en un criostato sumergido en agua a una profundidad de 1.500 metros debajo de las montañas Gran Sasso de Italia. Los investigadores buscan la materia oscura registrando pequeños destellos de luz creados cuando las partículas interactúan con el xenón dentro del detector. Y mientras XENON1T fue construido para capturar la interacción entre una partícula de materia oscura y el núcleo de un átomo de xenón, el detector en realidad capta señales de cualquier interacción con el xenón.

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La evidencia de la descomposición del xenón se produjo como un protón dentro del núcleo de un átomo de xenón convertido en un neutrón. En la mayoría de los elementos sujetos a descomposición, eso sucede cuando un electrón se introduce en el núcleo. Pero un protón en un átomo de xenón debe absorber dos electrones para convertirse en un neutrón, un evento llamado "captura de doble electrón".

La captura de doble electrón solo ocurre cuando dos de los electrones están justo al lado del núcleo en el momento justo, dijo Brown, que es "una cosa rara multiplicada por otra cosa rara, por lo que es extremadamente rara".

Cuando sucedió lo ultra-raro y se produjo una captura de doble electrón dentro del detector, los instrumentos recogieron la señal de los electrones en el átomo que se reacomodaron para completar los dos que fueron absorbidos en el núcleo.

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"Los electrones en doble captura se eliminan de la capa más interna alrededor del núcleo, y eso crea espacio en esa capa", dijo Brown. "Los electrones restantes colapsan hasta el estado fundamental, y vimos este proceso de colapso en nuestro detector".

El logro es la primera vez que los científicos miden la vida media de este isótopo de xenón basándose en una observación directa de su desintegración radioactiva.

"Este es un hallazgo fascinante que avanza las fronteras del conocimiento sobre las características más fundamentales de la materia", dijo Curt Breneman, decano de la Escuela de Ciencias. "Dr. El trabajo de Brown para calibrar el detector y asegurar que el xenón se restregó al más alto nivel posible de pureza fue crítico para hacer esta observación tan importante ".

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La colaboración XENON incluye a más de 160 científicos de Europa, Estados Unidos y Medio Oriente y, desde 2002, ha operado tres detectores de xenón líquido cada vez más sensibles en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia. XENON1T, el detector más grande de su tipo jamás construido, adquirió datos desde 2016 hasta diciembre de 2018, cuando se apagó. Los científicos están actualizando el experimento para la nueva fase XENONnT, que contará con una masa de detectores activos tres veces más grande que XENON1T. Junto con un nivel de fondo reducido, esto aumentará la sensibilidad del detector en un orden de magnitud.

Hace tres años, los investigadores se emocionaron al descubrir que una galaxia en el corazón del cúmulo Abell 3827 se mostraba en la parte superior de la página que parecía haberse separado de la materia oscura que la rodeaba. Una nueva investigación sugiere que esto es incorrecto (Nasa / ESA / Richard Massey)

El Daily Galaxy a través del Instituto Politécnico Rensselaer

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