Ydinfysiikka

marras 26, 2021

Ranskalaiset fyysikot ovat mitanneet kaikkien aikojen pisimmän radioaktiivisen puoliintumisajan – yli kaksikymmentä miljardia miljardia miljardia vuotta – luonnossa esiintyvältä alkuainekselta, joka hajoaa alfahiukkasia lähettämällä. Nőel Coron ja kollegat Orsayssa sijaitsevassa Institut d’Astrophysique Spatiale -instituutissa käyttivät ”tuikkivaa bolometriä” hyvin alhaisissa lämpötiloissa havaitakseen alfahiukkasten – varattujen hiukkasten, jotka koostuvat kahdesta protonista ja kahdesta neutronista – emittoitumisen vismutti-209:n hajotessa tallium-205:ksi (P de Marcillac et al. 2003 Nature 422 876).

Vaikka vismutti-209:n ajatellaan yleisesti olevan raskain luonnossa esiintyvä vakaa isotooppi, teorian mukaan sen pitäisi olla metastabiili ja hajota alfahiukkaspäästöjen kautta tallium-205:ksi. Tätä hajoamista ei ole helppo mitata, koska syntyvillä alfahiukkasilla on hyvin vähän energiaa, mikä tarkoittaa, että isotooppi hajoaa hyvin pienellä nopeudella.

Orsayn ryhmän käyttämä laitteisto koostuu kahdesta ”lämpö- ja valodetektorista”, jotka on suljettu heijastavaan onteloon ja jäähdytetty 20 mk:n lämpötilaan. Ensimmäisessä ilmaisimessa – joka sisältää vismutti-209:tä, germaniumia ja happea – tapahtuu pieni lämpötilan nousu, kun se absorboi alfahiukkasen. Tämä lämpötilan muutos mitataan jännitepulssina, jonka amplitudi on suoraan verrannollinen vapautuneeseen energiaan. Toinen detektori, joka on valmistettu ohuesta germaniumlevystä, rekisteröi alfahiukkastapahtumien aiheuttamat valonvälähdykset.

Ryhmä suoritti kaksi mittausta, joista toisessa detektorissa oli 31 grammaa vismuttia ja toisessa 62 grammaa. Tutkijat rekisteröivät 128 alfahiukkastapahtumaa viiden päivän aikana ja löysivät spektristä odottamattoman viivan 3,14 MeV:n kohdalla, joka nyt liitetään vismutti-209:n hajoamiseen. Puoliintumisajaksi laskettiin (1,9 +/- 0,2 ) x 1019 vuotta, mikä vastaa hyvin teoreettista ennustetta 4,6 x 1019 vuotta.

Tekniikkaa voitaisiin käyttää myös beeta- ja gammahajoamisen tarkkaan havaitsemiseen. ”Koe on pimeän aineen etsinnän sivutuote”, kertoi ryhmän jäsen Pierre de Marcillac PhysicWebille. ”Myös muunlaisia hajoamisia, kuten protonirikkaista ytimistä peräisin olevia protoneja, voitaisiin tutkia samalla menetelmällä, mutta tämä on vielä todistettava!”

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.