研究人員用液態氙對“XENON1T”內部的光電探測器進行了測試。
自從2018年下半年以後，科學家們便開始在意大利格蘭·薩索山脈地下1500米深的格蘭·薩索國家實驗室（Laboratori Nazionali del Gran Sasso，簡稱LNGS）中尋找暗物質粒子，而這個實驗室能夠隔絕任何輻射活動的干擾。他們的主要工具是一臺名為“XENON1T”的探測器，其中心部分是一個長約一米的圓柱形容器，它在零下95攝氏度的條件下盛滿了3200千克的液體氙。
雖然到目前為止，使用該探測器的研究人員還沒有觀察到任何暗物質粒子，但是，據美國科學促進會（AAAS）運營的全球科技新聞服務網站優睿科（EurekAlert）4月24日消息稱，《自然》雜誌同日刊發的一篇研究論文透露，瑞士蘇黎世大學（University of Zurich，簡稱UZH）的科學家現已首次成功地觀察到“氙-124”原子的衰變過程。該實驗所測量到的半衰期——樣本中原有的放射性原子中的一半發生衰變後的時間跨度——要比宇宙的年齡長一萬億倍以上，而宇宙的年齡接近140億年。因此，該過程是人類在探測器內能夠直接觀測到的、宇宙中最罕見的物理過程。
“XENON1T”實驗的領導科學家之一、瑞士蘇黎世大學的天體粒子物理學家Laura Baudis教授介紹道：“我們成功直接觀察到這一過程的成就，顯示了我們的檢測方法實際上是多麼地強大，對於並非來自暗物質的罕見物理現象，也是如此。”
這一被觀察到的過程被稱為“雙電子俘獲”（double electron）。“氙-124”的原子核是由54個帶正電荷的質子和70箇中性中子所組成，它們被幾層帶負電荷的電子佔據的原子殼所包圍著。在雙電子俘獲過程中，原子核中的兩個質子同時從最內層的原子殼中“捕獲”兩個電子，在將它們轉化為兩個中子的同時釋放出兩個中微子。當原子殼中丟失兩個電子時，其他的電子就會自我重組，而釋放的能量就會被X射線所帶走。然而，這是一個非常罕見的過程，它通常會被無處不在的“正常”放射活動的信號所掩蓋。
在過去兩年中，物理學家從觀察到的126次該類過程中，計算出了“氙-124”原子極長的半衰期為1.8 x 10高22年。這是有史以來人類直接測量到的最慢的物理過程。
Baudis教授解釋道：“新的研究結果表明‘XENON1T’探測器能夠很好地檢測到非常罕見的物理過程，並屏蔽背景信號。”當兩個中微子在雙電子俘獲過程中被釋放出來時，科學家們現在也可以尋找所謂的“無中微子雙電子捕獲”過程，而這將可以解釋若干關於中微子特性的重要問題。
期刊編號：0028-0836
原文鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-04/uoz-ros042419.php
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