Primeur: onderzoekers meten het langzaamste radioactieve verval ooit

De halfwaardetijd voor het effect is een nieuw wereldrecord: 18 miljard biljoen jaar.

In het ondergrondse Gran Sasso laboratorium zijn onderzoekers bezig met een bijzonder experiment. Diep onder de berg staat namelijk een vat met een paar ton pure xenon, in de hoop dat donkere materie-deeltjes op de atoomkernen van dat xenon botsen. Op die manier proberen onderzoekers te achterhalen wat donkere materie precies is (zie kader). En tijdens deze speurtocht hebben onderzoekers nu het traagste radioactieve verval ooit gemeten.

Verval
De halfwaardetijd voor het effect dat de onderzoekers vandaag in het vakblad Nature publiceren, is een nieuw wereldrecord: 18 miljard biljoen jaar. Ter vergelijking: dat is meer dan een biljoen maal langer dan de leeftijd van het universum. “Voor menselijke maatstaven noem je zoiets gewoon stabiel,” zegt onderzoeker Patrick Decowski. “Maar er is echt een meetbaar verval.”

Meer over het Xenon-experiment
Naar schatting bestaat slechts vijf procent van het universum uit materie die wij kunnen zien. En dan is er nog zo’n 70% donkere energie – de drijvende kracht achter de versnelde uitdijing van het heelal. Het betekent dat maar liefst een kwart van het universum bestaat uit onzichtbare, oftewel donkere materie. Wat die donkere materie vormt, is onbekend. In het Xenon-experiment wordt gezocht naar dubbele lichtflitsen die ontstaan als een donker materie-deeltje een xenon-kern vol raakt. Door de versnelling ontstaat licht en kort erna kan ook van losgeslagen elektronen nog licht worden waargenomen. De tweevoudige lichtflits is de signatuur voor de gezochte donkere materie. En met lichtdetectoren kunnen we zulke effecten waarnemen. Tot nu toe is het echter nog niet gelukt om donkere materie op te sporen. Het experiment zal daarom worden uitgebreid naar ruim 8 ton xenon. Dit zou het experiment tienmaal gevoeliger moeten maken.

Xe-124
De metingen zijn gedaan aan een zeldzame vorm van het element xenon, namelijk het isotoop Xe-124. In het experiment zat tijdens de metingen 3,2 ton ijskoud en vloeibaar xenon, waarvan van nature een deel Xe-124 is. Een half jaar lang werden er metingen verricht. En in het volume xenon werd 126 keer een verval gezien. Hierdoor kon er ook een goede schatting gemaakt worden van de halfwaardetijd (de tijd waarin het aantal radioactieve kernen is gehalveerd) van het verval.

Double elektron capte
In Xe-124 komt het zogenaamde ‘double elektron capture’ voor. Dit is een zeldzaam radioactief verval waarbij twee proton in de atoomkern tegelijk een elektron uit de binnenste schil van het atoom invangen. Daarbij worden de protonen in de kern omgezet in neutronen. En hierdoor ontstaat er een nieuw chemisch element: tellurium. Bij dit proces komen ook twee neutrino’s vrij. Ook de elektronenwolk rondom de kern verandert door het proces. Als elektronen uit een hoger gelegen baan de gaten in de binnenste schil opvullen, komt straling met een heel bepaalde energie vrij. En die kunnen met detectoren gemeten worden, met name omdat het een proces met weinig energie is.

De metingen leveren naast het bijzondere record, ook een beter begrip van het element xenon op. En dat is cruciaal als onderzoekers met dit element donkere materie willen ontmaskeren. “Het atoomkernmodel voor een groot atoom als xenon is nogal ad hoc beschreven,” zegt Decowski. “Met meer meetgegevens is dat model te verbeteren.”

Bronmateriaal

"Onderzoekers Nikhef en UvA meten traagste radioactieve verval ooit" - UvA

Afbeelding bovenaan dit artikel: XENON collaboration

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd