كاشف المادة المظلمة سجل للتو أحد أكثر الأحداث ندرة للعلوم

بفضل كاشف المادة المظلمة XENON1T الموجود تحت جبال غران ساسو في إيطاليا، سجل العلماء واحدة من أندر الأحداث التي تم اكتشافها: نوع خاص من الانحلال الإشعاعي في زينون 124.

إنها خطوة مذهلة، لأن تحلل النظائر بطيء للغاية. في الواقع، يبلغ عمر النصف للزينون 124 (1.8 × 10) إلى قوة 22 سنة – أي ما يقرب من تريليون مرة أطول من عمر الكون.

في فترة الاضمحلال الإشعاعي، عمر النصف يشير إلى مقدار الوقت الذي يستغرقه نصف النوى الذرية في عينة معينة لتغييرها تلقائيًا من خلال أحد الأنواع العديدة من الاضمحلال الإشعاعي، والتي تتضمن غالبًا التخلص من أو التقاط البروتونات والنيوترونات، والإلكترونات في مجموعات مختلفة.

في هذه الحالة، تمكن فريق من الباحثين من ملاحظة حدث خاص يسمى التقاط ثنائي الإلكترون، حيث امتص بروتونان داخل ذرة زينون إلكترونين في وقت واحد، مما أدى إلى اثنين من النيوترونات – وصفهما الفريق بأنه “شيء نادر مضروب بآخر شيء نادر، مما يجعلها نادرة جدا”.

حدثت هذه الملاحظة المثيرة بفضل معايرةXENON1T الدقيقة بشكل لا يصدق – تم تصميم الأداة للكشف عن تفاعلات جسيمات المادة المظلمة الافتراضية مع الذرات في 1300 كيلوغرام (2866 رطلاً) من نظير زينون معبأ في خزان الجهاز.

لكن في هذه الحالة، التقطت المستشعرات المصممة لمراقبة مثل هذه التفاعلات تحلل النظير نفسه، مما أدى إلى ملاحظة نادرة من نوع مختلف.

“لقد رأينا بالفعل هذا التحلل يحدث” يقول أحد الباحثين، إيثان براون من معهد رينسيلر للفنون التطبيقية(RPI) في نيويورك:”إنها أطول وأبطأ عملية تمت ملاحظتها مباشرة، وكان كاشف المادة المظلمة لدينا حساسًا بدرجة كافية لقياسها”.

“من المدهش أن تكون قد شاهدت هذه العملية، وتقول إن كاشفنا يمكنه قياس أندر شيء تم تسجيله على الإطلاق.”

لم يسبق للعلماء أن لاحظوا بشكل مباشر التحلل الإشعاعي لنظير زينون هذا، على الرغم من أن نصف عمره تم وصفه نظريا منذ عام 1955. إنه يمثل دليلًا مباشرًا على شيء كنا نبحث عنه منذ عقود.

ما يحدث في الواقع هو أنXENON1T يكتشف الإشارات الصادرة عن الإلكترونات في الذرة التي تعيد ترتيب نفسها لملئ الاثنين اللذين تم التقاطهما في النواة. وفقًا لتقرير Gizmodo، فإنه لم يصل إلى حد كبير للعتبة الإحصائية ليتم اعتباره اكتشافًا، لكنه لا يزال يمثل ملاحظة لا تصدق.

“تتم إزالة الإلكترونات ذات الالتقاط المزدوج من القشرة الداخلية حول النواة، وهذا يخلق مجالًا في هذه القشرة” يقول براون:”الإلكترونات المتبقية تنهار إلى الحالة الأرضية، ورأينا عملية الانهيار هذه في كاشفنا”.

على الرغم من أن XENON1T تم تصميمه للبحث عن المادة المظلمة، إلا أنه يوضح كيف يمكن لهذه الأدوات أن تؤدي إلى نتائج مهمة أخرى أيضًا. هذه الملاحظة الأخيرة يمكن أن تعلمنا المزيد عن النيوتريونات، وهي جزيئات وفيرة ولكن يصعب اكتشافها حيث ظل العلماء يصطادونها لعقود.

في هذه الحالة، رأى الباحثون التقاطًا ثنائي الإلكترون ثنائي النيوترينو – نتيجة إعادة ترتيب الإلكترونات تعني أن اثنين من النيوتريونات ينبعثان من النواة الذرية. التحدي التالي الذي يريدون القيام به هو اكتشاف التقاط مزدوج الالكترون عديم النيوترينو – وهو حدث نادر أكثر من هذا.

وهذا بدوره يمكن أن يساعد في فتح بعض أعمق أسرار فيزياء الجسيمات.

“هذا اكتشاف رائع يدفع حدود المعرفة حول أهم خصائص المادة” يقول كيرت برينمان من RPI، الذي لم يشارك بشكل مباشر في الدراسة .

عمل الدكتور براون في معايرة الكاشف والتأكد من تنقية الزينون إلى أعلى مستوى ممكن لأنه أمر بالغ الأهمية لجعل هذه الملاحظة المهمة.”

وقد تم نشر البحث في مجلة الطبيعة.

ترجمة: أيمن الزيدي

المصادر: 1