Bu Şimdiye Kadar Tespit Edilen En Yavaş Gerçekleşen Radyoaktif Bozunma

Araştırmacılar ilk kez doğrudan “iki-nötrino çift elektron yakalama” adı verilen, farklı bir radyoaktif bozunma türü gözlemledi.

Bir Xenon-124 örneğinin yarı yarıya küçülmesi evrenin yaşının 1 trilyon katı gibi bir süreçte gerçekleşir.(bknz:1.1)

Xenon-124 atomlarında görülen bozunma, öylesine nadide ki; bir Xenon-124 numunesinin yarıya kadar bozunması 18 seksilyon yıl gibi uzun bir süreçte gerçekleşeceği için bozunmayı tespit etmek oldukça zor. İki-nötrino çift elektron yakalama: Nisan ayının 25’inde Nature dergisine yapılan bildiride  uzun süredir gözlemlenmiş bu bozunma; araştırmacılara bu bozunmadan daha nadir görülen bir versiyonu belirlemeleri için zemin hazırlıyor.

Bu bozunma sürecinin gözlemlenmesi “nötrinolar” denilen atom altı parçacıklarının aynı zamanda kendilerinin antimaddesi olduğunu doğruluyor. Bu da evrenimizin neden antimadde yerine neden maddeden oluşmuş oluşu hakkındaki gizemi gidermeye yardımcı olabilir.(bknz:2.2)

MIT’de ki bu çalışmalara dâhil olmayan fizikçi Lindley Winslow “Bu sonucun ortaya çıkması tam anlamıyla bir sıkıntı oldu” diyor.

Xenon-124; aynı sayıda protona fakat farklı sayıda nötrona sahip bir element biçimidir. Xenon-124   iki-nötrino çift elektron yakalama yöntemiyle bozunan birkaç radyoaktif izotoptan sadece bir tanesi. Bu atomlar bozunmaya maruz kaldıklarında büyük bir miktarda ksenon ortaya çıkıyor; ancak bu nadir olayın gözlemlenmesi için uzun bir süre bozunmanın izlenmesi gerekiyor.

Almanya’daki Münster Üniversitesi’nde parçacık fizikçisi Christian Wittweg ve meslektaşları, genellikle karanlık madde avı için kullanılan bir makine olan XENON1T dedektörü ile “iki-nötrino çift elektronu yakalanma” olayına ait işaretler aradılar ve İtalya’da yeraltındaki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarında arka plan radyasyonundan korunan bu cihaz, yaklaşık üç metrik ton Xenon içeriyor.

İki-nötrino çift elektron yakalamada; atom çekirdeği, çevresindeki elektron mermilerinden iki elektronu çeker, çekirdekteki iki protonu nötrona dönüştürür ve iki nötrino açığa çıkarır. Nötrinolar algılama işleminde gözden kaçmalarına rağmen, bu elektron yakalama işlemi; X ışınları yayar ve tespit edilen atomlardan elektronları açığa çıkarır.

Bozunma Süresi

İki-nötrino çift elektron yakalamasında; iki elektron bir atom çekirdeğine düşer (solda gösterilmiştir), iki protonu (kırmızı) iki nötrona (beyaz) dönüştürür. Bu bozunma iki nötrino (sağda “v”) ,elektron ve X-ışını yayar.

Şubat 2017’den Şubat 2018’e kadar, XENON1T “iki-nötrino çift elektronlu yakalama” işleminden yaklaşık 126 adet yakaladı. Ölçümlere göre Xenon-124’ün yarı ömrü 18 sextilyon yıl(evrenin yaşından 1 trilyon kez daha uzun bir süre) bu değer aynı zamanda radyoaktif bir maddeyle doğrudan ölçülen en uzun yarı bozunum süresi.

Tokyo Üniversitesi Nükleer Araştırma Merkezinde çalışmalara dâhil olmayan bir fizikçi olan Javier Menéndez “Xenon-124 ile bu bozunmaları ölçebilmeleri büyük bir başarı” dedi.

Bu sonuçlar, XENON1T gibi karanlık madde dedektörlerinin iki-nötrino çift elektron yakalamayı tespit etme potansiyelini ortaya koymakta. Bu durum çok benzer bir bozunum sürecini takip eder, ancak hiçbir nötrino çekirdekten kaçamaz. Bunun yerine, gama ışınları “iki-nötrino bozunmasında” görülen X ışınları ve elektronlarla birlikte atomdan çıkar.

Menéndez’e göre, teorisyenlerin yeni ölçülen yarı ömrü kullanarak atom çekirdeği içindeki teorik modellerin bu gözlemi ne kadar iyi tanımladığını test edebilir aynı şekilde nükleer fizik modelleri, nötralite bozunumunu avlamak için planlanan deneyleri aydınlatabilir.

İki-nötrino çift elektron yakalama; ancak nötrinolar kendi antipartikülleriyse meydana gelebilir, yani antimadde benzerleriyle eşleştirilen normal partiküllerin aksine, nötrinolar her iki şapkayı da takar (bknz:3.3). Öyleyse, herhangi birisi bu bozunmayı gözlemleyebilmiş olsaydı, bu nötrinoların çifte doğasını doğrulardı.

Böyle bir bulgu, evrenin hoi parçacıkları arasında nötrinolara özel statü kazandırmak yerine daha geniş çıkarımlar kazandıracaktır. Kozmolojinin en büyük gizemlerinden biri; evrenin neden Büyük Patlama sırasında eşit miktarda madde ve antimaddenin varlığında sadece maddeden oluştuğudur. Fizikçilere göre nötrinolar hem partiküller hem de antipartiküller gibi davranabiliyorsa eğer, nötrinoların erken evrendeki madde-antimadde denge teorisini çöpe atma konusunda önemli bir rolü olabilir (bknz:4.4).

Berkeley’de çalışmalara dâhil olmayan Kaliforniya Üniversitesi’nde nükleer ve parçacık fizikçisi Yury Kolomensky çözülmemiş bir bulmaca olan madde-antimadde orantısızlığı için “Bu durum parçacık fiziğindeki en utanç verici şey değil, ama var. Durum böyle iken, nötrinoların gerçekten de bu bilmecenin çözülmesine yardımcı olmak için kendi antipartikülleri olduğunu teyit etmek oldukça heyecan verici olurdu” diyor.

bknz 1.1 :https://www.sciencenews.org/article/quest-identify-nature-neutrinos-alter-ego-heating

bknz 2.2: https://www.sciencenews.org/article/periodic-table-life-spans-unstable-radioactive-elements

bknz 3.3: https://www.sciencenews.org/article/majorana-fermion-detected-quantum-layer-cake

bknz 4.4: https://www.sciencenews.org/article/double-or-nothing

Kaynak : sciencenews.org