您的位置:首页 > 游戏频道 > 游戏产业 > 国际业界>正文

与这个物理过程相比,宇宙年龄也不过是一瞬间

时间:2019-06-19 03:56:13    来源:新闻在线    浏览次数:    我来说两句() 字号:TT

  

  ○ 格兰萨索国家试验室坐落地底下1400米。| 图片来历:Sandbox Studio/Symmetry Magazine

  间隔意大利罗马约120公里的格兰萨索山下,深藏着地球上最大的地下试验室。多年以来,在这个屏蔽了放射性搅扰的密闭试验室中,科学家一直在苦苦搜索着世界中最奥秘的设想粒子——WIMPs,这是最被看好的暗物质候选粒子之一。科学家用来捕捉WIMPs的东西是XENON1T勘探器,这个勘探器的中心部分包含着一个大约1米长的圆柱形罐子,里边填充着超越3吨的液态氙,这些液态氙被冷却到了零下95摄氏度。

  

  ○ 在液态氙(蓝色)中,任何粒子间的相互作用都会发作两种信号:一种是瞬间的亮光,另一种是推迟的电荷信号。这两个信号结合起来能给出相互作用的能量、方位以及相互作用的粒子的类型。| 图片来历:The XENON collaboration/Rafael Lang

  迄今为止,研究人员还从未在这台勘探器中发现任何暗物质粒子的踪影。但令人惊喜地是,他们却第一次成功地勘探到了氙-124的衰变。

  氙-124是一种同位素,其原子核包含了54个带正电的质子和70个中性的中子,原子核的周围是带负电的电子占有的电子壳。尽管大多数氙同位素的半衰期都不到12天,但也有少量同位素被认为是十分长命的,氙-124便是其中之一。

  咱们都知道,世界的年纪约为138亿年。假如以人类的规范来衡量,这样的时刻长度是难以想象的。但这次科学家丈量得到的氙-124的半衰期却是世界年纪的一万亿倍以上!

  需求留意的是,半衰期并不意味着每个原子衰变需求那么长的时刻。这个数字仅仅标明,就均匀而言,一块放射性物质中的一半发作衰变需求多长的时刻。尽管如此,要勘探到氙-124这类衰变事情的或许性依然微乎其微,除非收集到满足的氙原子,并把它们放在“地球上放射性最弱的当地”,而XENON1T正是这样一个抱负之地。

  放射性同位素有两种常见的衰变方法:α衰变(原子核会射出一个α粒子,即一个氦核)和β衰变(原子核会开释射一个电子和反中微子,在这个进程中将它的一个中子转变成一个质子)。此外,还有一种衰变类型被称为电子抓获:原子核会捕获绕其旋转的内层轨道上的一个电子,使原子核中的一个质子转变成一个中子,并开释出一个中微子。

  

  ○ 碘-124的原子核会从周围的电子壳内捕捉一个电子,使其中一个质子转变成一个中子,并开释出一个中微子。

  通常情况下,一个电子进入原子核,一个中微子出去。中微子有确认的能量,这是由原子核丢失的质量决议的。咱们经常在核粒子物理学中看到的这个进程,对此也已经有很好地了解。但是在某些情况下,会发作极端稀有的衰变:双中微子双电子抓获(以下简称为2νECEC)。

  

  ○ 依据能量守恒定律,氙-124无法经过电子抓获衰变。但是,它可以经过双中微子双电子抓获,以极长的半衰期衰变为一个碲-124原子。

  在2νECEC进程中,原子核会从周围电子壳中捕获两个电子,使两个质子一起转变为两个中子,并开释出两个中微子。这个进程可以被看作是两个一起发作的电子抓获衰变,它们直接将原子核转化为一个少两个质子、却多两个中子的原子核。因为电子被捕获,因而电子壳中会留下空穴。其他的电子会重组自己,以添补空穴。在这个进程中开释的能量会被X射线和所谓的俄歇电子带走,这为直接观察到原子核中的2νECEC铺平了路途。

  来自2νECEC进程的X射线会发作初始光信号和自由电子。这些电子会移动到勘探器的上部分,并发作第二种信号。依据这两种信号的方向和时刻差,可以重建2νECEC的切当方位,以及衰变进程中开释的能量。研究人员依据曩昔两年中观测到的126个进程计算出,氙-124原子的半衰期长达1.8×1022年。这是人类迄今勘探到的最缓慢的进程。这次的成功为那些旨在勘探其他原子核中的稀有衰变的试验奠定了根底。

  理论学家可以使用新丈量的半衰期来查验描绘原子核内部物理的理论模型,这些模型可以协助物理学家规划试验来观测无中微子双电子抓获。这个进程只要在中微子是自己的反粒子时才会发作,而这是现代粒子物理学最成功的理论——规范模型没有猜测的。假如可以确认中微子的双重身份,物理学家就有或许揭开世界中最大的谜题之一:为什么世界是由物质,而不是反物质构成的?(详见:《粒子物理学迎来新的里程碑》)此外,勘探无中微子双电子抓获还将供给有关中微子肯定质量的重要信息。

  现在,XENON勘探器正在晋级中,咱们等待未来它将带来更多的惊喜。

请选择您浏览此新闻时的心情

相关新闻
网友评论
本文共有人参与评论
用户名:
密码:
验证码:  
匿名发表