Fisici francesi hanno misurato la più lunga emivita radioattiva – oltre venti miliardi di miliardi di anni – in un elemento naturale che decade emettendo particelle alfa. Nőel Coron e colleghi dell’Institut d’Astrophysique Spatiale di Orsay hanno usato un “bolometro scintillante” a temperature molto basse per rilevare l’emissione di particelle alfa – particelle cariche composte da due protoni e due neutroni – quando il bismuto-209 decade in tallio-205 (P de Marcillac et al. 2003 Nature 422 876).
Anche se il bismuto-209 è comunemente ritenuto l’isotopo stabile più pesante che esiste in natura, la teoria suggerisce che dovrebbe essere metastabile e decadere tramite emissione di particelle alfa in tallio-205. Questo decadimento non è facile da misurare perché le particelle alfa generate hanno poca energia, il che significa che l’isotopo decade ad un tasso molto basso.
L’attrezzatura utilizzata dal team d’Orsay consiste in due rivelatori “calore e luce” racchiusi in una cavità riflettente e raffreddati a 20mk. Il primo rivelatore – contenente bismuto-209, germanio e ossigeno – subisce un leggero aumento di temperatura quando assorbe una particella alfa. Questo cambiamento di temperatura è misurato sotto forma di un impulso di tensione la cui ampiezza è direttamente proporzionale all’energia liberata. Il secondo rivelatore, costituito da un sottile disco di germanio, registra i lampi di luce degli eventi di particelle alfa.
Il team ha effettuato due misurazioni, una con 31 grammi di bismuto nel rivelatore e l’altra con 62 grammi. Gli scienziati hanno registrato 128 eventi di particelle alfa in 5 giorni e hanno trovato una linea inaspettata nello spettro a 3,14 MeV – ora attribuita al decadimento del bismuto-209. Il tempo di dimezzamento è stato calcolato in (1,9 +/- 0,2 ) x 1019 anni, che è in buon accordo con la previsione teorica di 4,6 x 1019 anni.
La tecnica potrebbe essere usata anche per rilevare accuratamente i decadimenti beta e gamma. “L’esperimento è un sottoprodotto della nostra ricerca della materia oscura”, ha detto a PhysicWeb il membro del team Pierre de Marcillac. “Altri tipi di decadimenti come quelli dei protoni dai nuclei ricchi di protoni potrebbero essere studiati con lo stesso metodo, ma questo dovrà essere dimostrato!”