Fysikere i Frankrig har målt den længste radioaktive halveringstid nogensinde – over tyve milliarder milliarder år – i et naturligt forekommende grundstof, der henfalder ved at udsende alfapartikler. Nőel Coron og kolleger ved Institut d’Astrophysique Spatiale i Orsay brugte et “scintillerende bolometer” ved meget lave temperaturer til at detektere emissionen af alfapartikler – ladede partikler, der består af to protoner og to neutroner – når bismuth-209 henfalder til thallium-205 (P de Marcillac et al. 2003 Nature 422 876).
Og selv om man almindeligvis mener, at bismuth-209 er den tungeste stabile isotop, der findes i naturen, tyder teorien på, at den burde være metastabil og henfalde via alfapartikelemission til thallium-205. Dette henfald er ikke let at måle, fordi de genererede alfapartikler har meget lidt energi, hvilket betyder, at isotopen henfalder med en meget lav hastighed.
Det udstyr, som Orsay-holdet anvender, består af to “varme- og lys”-detektorer, der er indesluttet i et reflekterende hulrum og kølet til 20mk. Den første detektor – der indeholder bismuth-209, germanium og ilt – undergår en lille temperaturstigning, når den absorberer en alfapartikel. Denne temperaturændring måles i form af en spændingsimpuls, hvis amplitude er direkte proportional med den frigivne energi. Den anden detektor, der består af en tynd germaniumskive, registrerer de lysglimt, der opstår ved alfapartikler.
Holdet foretog to målinger, den ene med 31 gram bismuth i detektoren og den anden med 62 gram. Forskerne registrerede 128 alfapartikelhændelser over 5 dage og fandt en uventet linje i spektret ved 3,14 MeV – som nu tilskrives henfaldet af bismuth-209. Halveringstiden blev beregnet til at være (1,9 +/- 0,2 ) x 1019 år, hvilket er i god overensstemmelse med den teoretiske forudsigelse på 4,6 x 1019 år.
Teknikken kan også anvendes til nøjagtig påvisning af beta- og gammahenfald. “Eksperimentet er et biprodukt af vores søgen efter mørkt stof,” sagde holdmedlem Pierre de Marcillac til PhysicWeb. “Andre former for henfald som f.eks. protoner fra protonrige kerner kunne undersøges med den samme metode, men det skal bevises!”