V podzemní laboratoři nacházející se pod italským horským masivem Gran Sasso vědci hledají tajemnou temnou hmotu: a ve své honbě za neznámým občas dokáží zpozorovat nevídané věci.

Jejich experimentální detektor temné hmoty nyní zachytil jednu z nejvzácnějších událostí, jakou lze pozorovat: radioaktivní přeměnu (rozpad) xenonu-124.

Poločas přeměny neboli rozpadu je doba, za kterou se přemění polovina atomárních jader ve vzorku; jde o princip využívající kvantovou mechaniku a pravděpodobnost – umožňuje přesně vypočítat dobu, za jakou se přemění polovina jader v atomu a umožňuje vzájemně porovnávat poločasy rozpadu. U draslíku jde třeba o 1,26 miliardy let, u Bismutu 1,9 krát 10^19 let (což je stále o něco méně, než u xenonu-124).

Další věda a výzkum:

• Koukání do monitoru oči nepoškozuje, ale unavuje
• Dunning-Krugerův efekt: proč je těžké hádat se s blbcem
• Kdy zanikne vesmír? Může kdykoliv kvůli božské částici

Studie publikovaná v peer-reviewed magazínu Nature je prací více než 160 vědců, kteří se pokouší potvrdit současné vědecké teorie a vypozorovat existenci temné hmoty pomocí detektoru XENON1T. Jejich vedlejší nálezy ale nyní ukázaly, že izotopy xenonu, v tomto případě xenonu-124, nejsou tak stabilní, jak se dříve předpokládalo. Xenon se používá v některých medicínských a fotografických případech a v iontových motorech.

Když je vesmír příliš mladý

Detektor je tvořen válcovitou nádobou naplněnou více než 3 tunami tekutého xenonu, chlazeného na teplotu přibližně -95 stupňů celsia. Laboratoř je umístěna ve značné hloubce pod povrchem, aby se zamezilo radioaktivnímu působení, které by mohlo narušovat měření temné hmoty.

Extrémně přesné měření umožnilo vědcům pracujícím s XENON1T pozorovat rychlou radioaktivní přeměnu prvku; doba rozpadu atomů xenonu-124 totiž výrazně překračuje stáří vesmíru. Vědci totiž měřili poločas rozpadu atomů.

„Drogy lidské tělo absorbuje s poločasem rozpadu minut až hodin, organismy se rozmnožují s poločasem rozpadu dní až let a chemické reakce se uskutečňují s poločasem rozpadu v řádu sekund,“ vysvětluje Ethan Brown, jeden ze spoluautorů studie. „Poločas rozpadu tohoto procesu je jeden z nejpomalejších na světě; více než bilionkrát delší než celá historie vesmíru.“

Poločas rozpadu xenonu-124 je totiž 1,8 krát 10^22 (18 000 000 000 000 000 000 000) let, což je skutečně poměrně dlouhá doba.

Detektor XENON1T. Zdroj: xenon1t.org

Objevíme někdy temnou hmotu?

Nabízí se zamyšlení: „Pokud je vesmír starý téměř 14 miliard let a toto zabere bilionkrát delší dobu, jak to můžeme vůbec pozorovat?“ Skvělá otázka. Proces funguje díky škále detektoru XENON1T. Je v něm díky tekutému chlazenému xenonu obrovské množství atomů, které vědcům umožňuje pozorovat biliony atomů. Ač jen malá část z nich náleží xenonu-124, vědci nepozorují poločas rozpadu atomů přímo, ale skrze vedlejší důkazy: rentgenové paprsky a elektrony, které jsou vypuštěny při přeměně xenonu-124.

Vědci byli schopni během dvou let vypozorovat 126 takových procesů, díky čemuž mohli vypočítat neuvěřitelně dlouhý poločas rozpadu xenonu.

XENON1T je v současnosti (od prosince 2018) odstaven a vylepšuje se na XENONnT, třikrát větší detektor, který by měl umožnit ještě přesnější měření a možná jednou skutečně dokázat existenci temné hmoty.

Zjištění je důležité proto, že xenon-124 byl dosud považován za stabilní izotop: nyní ale již vědci ví, že i on podléha (byť extrémně pomalé) přeměně.

Zdroj: Nature, CNET