Máy dò vật chất tối quan sát được sự phân rã hạt nhân ngoại lai
Một máy dò được thiết kế để tìm vật chất tối, khối lượng “bị mất” trong vũ trụ, đã nhìn thấy một sự phân rã hạt nhân hiếm có vẫn gọi là bắt electron kép giải phóng hai neutrino (two-neutrino double electron capture) – với những gợi ý về vật lý hạt nhân và vật lý hạt.
Bằng cách nào bạn có thể quan sát được một quá trình diễn ra trong khoảng thời gian dài hơn một tỷ lần so với tuổi vũ trụ? Nhóm nghiên cứu hợp tác XENON đã làm được việc đó với một thiết bị được thiết kế và chế tạo để tìm vật chất tối – loại vật chất bí hiểm nhất của vũ trụ. Trong một bài báo xuất bản trên Nature, họ đã loan báo rằng mình đã quan sát được sự phân rã phóng xạ của xenon124, vốn có chu kỳ bán rã là 1.8 X 1022 năm.
Máy dò vật chất tối XENON1T. (Nguồn: phys.org).
“Chúng tôi đã thấy sự diễn ra của phân rã này. Đây là quá trình dài nhất, chậm nhất được quan sát một cách trực tiếp, và máy dò vật chất tối của chúng tôi đủ độ nhạy để đo đạc được nó”, Ethan Brown, một nhà nghiên cứu vật lý tại Rensselaer và là đồng tác giả nghiên cứu nói. “Thật đáng kinh ngạc khi chứng kiến quá trình này, qua đó có thể thấy là máy dò của chúng tôi có thể đo đạc được sự kiện vũ trụ hiếm nhất từng được ghi nhận”.
Nhóm hợp tác XENON vận hành XENON1T, một thùng 1.300 kilogram chất xenon lỏng siêu tinh khiết được che chắn khỏi các tia vũ trụ trong một máy điều lạnh đặt ở dưới độ sâu 1.500 mét nước dưới chân núi Gran Sasso ở Italy. Các nhà nghiên cứu đã dùng nó để tìm vật chất tối (vốn nhiều hơn 5 lần so với vật chất thông thường nhưng hiếm khi tương tác với vật chất thông thường) bằng việc ghi nhận những tia sáng nhỏ bé được tạo ra khi các hạt tương tác với xenon bên trong máy dò. Và trong khi XENON1T được thiết kế để nắm bắt sự tương tác giữa một hạt vật chất tối và một hạt nhân của nguyên tử xenon, máy dò thường chọn lấy những tín hiệu từ bất cứ tương tác nào với xenon.
Bằng chứng về sự phân rã xenon là việc một proton bên trong hạt nhân nguyên tử xenon được biến đổi thành một neutron. Trong phần lớn các nguyên tố tuân theo sự phân rã, nó xảy ra khi một electron được hút vào trong hạt nhân. Nhưng một proton trong nguyên tử xenon phải hấp thụ hai electron để biến đổi thành một neutron, một sự kiện vẫn được gọi là “bắt electron kép”.
Bắt electron kép chỉ xảy ra khi hai electron đều ở bên phải hạt nhân vào đúng thời điểm, Brown nói, vốn là “một điều hiếm gặp được nhân lên gấp bội bằng một điều hiếm gặp khác, nó tạo ra điều siêu hiếm”.
Khi hiện tượng siêu hiếm đó xảy ra, nghĩa là bắt electron kép xảy ra bên trong máy dò vật chất tối, các thiết bị bắt ngay lấy tín hiệu của các electron trong nguyên tử khi chúng tái sắp xếp để chiếm chỗ hai electron đã bị hấp thụ vào trong hạt nhân.
“Các electron trong bắt kép bị loại khỏi lớp vỏ trong cùng của nguyên tử xung quanh hạt nhân, và điều đó tạo ra chỗ trống trong chính lớp vỏ”, Brown nói. “Các electron còn lại suy sụp vào trạng thái nền này, và chúng tôi thấy tiến trình suy sụp này trong máy dò của chúng tôi”.
Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học đo đạc được sự bán rã của đồng vị xenon trong một quan sát trực tiếp phân rã phóng xạ của nó.
Bắt electron và bắt kép electron kép giải phóng hai neutrino. (Nguồn: Nature).
“Phát hiện hấp dẫn này làm mở rộng hơn các biên giới hiểu biết về những tính chất cơ bản nhất của vật chất”, Curt Breneman – người phụ trách The School of Science, nhận xét. Công trình của TS. Brown trong kiểm chuẩn máy dò và đảm bảo xenon được tinh chế để đạt tiêu chuẩn cao nhất có thể về độ tinh sạch, qua đó góp phần quan trọng vào sự thành công của quan sát.
Nhóm hợp tác XENON Collaboration gồm hơn 160 nhà khoa học từ châu Âu, Mỹ, Trung Đông và kể từ năm 2002, đã vận hành ba máy dò xenon lỏng siêu nhạy ở Phòng thí nghiệm quốc gia Ý Gran Sasso. XENON1T, cỗ máy dò lớn nhất trong số những máy dò loại này được thiết kế và lắp đặt, cung cấp một lượng dữ liệu lớn từ năm 2016 đến tháng 12/2018, khi nó dừng hoạt động. Các nhà khoa học hiện đang nâng cấp thực nghiệm cho pha mới của XENONnT – một máy dò có khối lượng gấp ba lần XENON1T.
Đường thay đổi ngày quốc tế
Trái đất tự quay từ Tây sang Đông, sáng, trưa, chiều, tối lần lượt xuất hiện ở các nước trên thế giới một cách tuần hoàn. Vậy một ngày mới trên Trái đất nên bắt đầu từ đâu và kết thúc ở đâu? Để tránh sự hỗn loạn về ngày tháng, Hội ng
Bản đồ trái đất và các hành tinh
Nếu bạn là người bắt đầu yêu thích môn thiên văn học thì việc nhận dạng vị trí, tên gọi, thông tin về các hành tinh trong vũ trụ không phải là điều dễ dàng. Với Home Planet, bạn có thể dễ dàng biết được tất cả các thô
Những điều bạn chưa biết về Tinh vân
Tinh vân là một thiên thể ở dạng mây mù gồm khí sao và bụi vũ trụ. Tỷ trọng vật chất trong tinh vân rất thấp. Nếu đo bằng tiêu chuẩn trên Trái đất, có nơi hầu như là chân không. Nhưng thể tích tinh vân lại cực kỳ to lớn, cũng phải đế
10 câu đố vui về vũ trụ
Khoa học ngày nay tiến nhanh đến mức đôi khi bạn khó lòng nhận ra đâu là sự thực, đâu là giả tưởng. 10 tuyên bố sau đây bấp bênh giữa hai trạng thái này. Với mỗi câu, bạn hãy phân biệt thực tế - viễn tưởng, và tì
Tìm hiểu về hiện tượng Nhật thực và Nguyệt thực
Trong bài viết dưới đây, chúng ta cùng tìm hiểu xem hiện tượng Nhật Thực, Nguyệt Thực là gì? Tại sao nó lại được những người yêu thích thiên văn học quan tâm đến vậy.
Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời là bao nhiêu?
Trái Đất và các hành tinh hàng xóm, cùng các tiểu hành tinh, hành tinh lùn, thiên thạch, sao chổi... thuộc hệ Mặt Trời (Thái Dương hệ) với Mặt Trời là trung tâm của hệ này.
