Izmerili najdaljši razpolovni čas elementa

Raziskovalci so v Italiji izmerili razpad ksenona-124 in ugotovili, da je njegov razpolovni čas 18.000 trilijonov let (1,8 10²² let), kar je približno bilijonkrat več od trenutne ocenjene starosti vesolja. To je najdaljši razpolovni čas, za katerega so znanstveniki uspeli opaziti razpad elementa, o čemer pišejo tudi v Nature. Nekateri elementi imajo sicer še daljše razpolovne čase, denimo telur-128 (2,2 10²⁴ let), a njihovega razpada eksperimentalno še niso zabeležili, temveč gre za posredne meritve, denimo rezultate opazovanja pogostnosti hčerinskih izotopov, ali izračune. Ksenon-124 pa jim je razpadel pred očmi (oziroma detektorji).

Atome sestavljajo jedro, v katerem so protoni in (razen v protiju) nevtroni, ter okoliški elektroni. Nekatera jedra so stabilna, druga pa ne in razpadejo. Vsak element lahko obstaja v več izotopih, ki se razlikujejo po številu nevtronov v jedru. Lažji elementi imajo vsaj en stabilni izotop, medtem ko jih težji nimajo - takšni elementi so vedno radioaktivni.

Tudi stabilni elementi pa imajo radioaktivne izotope. Ogljik ima na primer izotop ogljik-14, ki nastaja v atmosferi in ga v majhnem delu vsebujejo vsa živa bitja, zato omogoča karbonsko datiranje. Zgornje meje števila izotopov za posamezen element praktično ni, le izotopi postajajo čedalje manj stabilni, ko se število nevtronov oddaljuje od idealne vrednosti. Stabilnost elementa opisuje razpolovni čas, ki predstavlja obdobje, v katerem razpada polovica atomov. Proces je stohastičen, zato je nemogoče napovedati, kateri atom bo razpadel naslednji, niti iz njegove "starosti" ne moremo sklepati o verjetnosti za razpad. Vemo le, da je ta ves čas nespremenljiva in da v vsaki razpolovni dobi razpade polovica materiala. V praksi to seveda pomeni, da pri elementih z daljšo razpolovno dobo vidimo manj razpadov v enakem časovnem obdobju kot pri elementih s krajšo.

V kolaboraciji XENON1T so opazili razpad ksenona-124, pri katerem jedro hkrati absorbira dva okoliška elektrona in odda dva nevtrina. Nastane jedro, ki ima vrstno število za dve manjše (dva protona v jedru reagirata z elektronoma v nevtrone, sprostita se dva nevtrina). Iz ksenona-124 tako nastane telur-124, ki je stabilen. Dvojen zajem elektrona je že sam po sebi redek razpadni način (že zajem enega elektrona je), saj so ga doslej opazili le pri ksenonu-124, kriptonu-78 in bariju-130. Vsa jedra, ki razpadajo na ta način, so izjemno dolgoživa.

Razpad ksenona-124 so opazili v Nacionalnem laboratoriju Gran Sasso v Italiji, kjer je eden največjih raziskovalnih laboratorijev pod zemljo. XENON1T je sicer namenjen lovu na temno snov. V ta namen ima komoro s 3200 kilogrami tekočega ksenona, pod in okoli katere so detektorji. Ti zaznavajo nevtrine, ki so vrsta elementarnih delcev, ki so izjemno prodorni, zato jih je težko zaznati. Raziskovalci so zaznali rentgenske žarke, ki so nastali ob prehodu elektronov z višjih orbital na izpraznjena mesta, od koder sta izginila dva elektrona. To je bil dokaz, da je šlo resnično za dvojni zajem elektrona. V približno leto dni so zabeležili okrog 100 teh dogodkov v 3200 kilogramih ksenona.

Eksperiment, ki ga v vodi raziskovalna skupina z Univerze v Münstru, medtem še vedno išče temno snov, ki je njegov glavni cilj. Ker temu še niso nič bliže, že gradijo še večji, 8000-kilogramski rezervoar ksenona.