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"Haben es tatsächlich gesehen" Extrem seltenes Ereignis beobachtet

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Das Herz des Xenon1T-Experiments: der Detektor.

(Foto: Xenon Collaboration)

Ein Experiment unter den Bergen Mittelitaliens soll eines der größten Rätsel der Wissenschaft lösen: Woraus besteht Dunkle Materie? Während die Forscher darauf noch keine Antwort gefunden haben, entdecken sie etwas anderes, was äußerst selten vorkommt.

Tief unter dem italienischen Gran-Sasso-Massiv steht ein Tank mit einem der seltensten Elemente, die es auf der Erde gibt: dem Edelgas Xenon. Mehr als drei Tonnen davon, hochrein, bei minus 95 Grad Celsius verflüssigt und von äußeren Einflüssen möglichst weitgehend abgeschirmt. Es handelt sich dabei um das Experiment Xenon1T. Seine Aufgabe: die Suche nach der geheimnisvollen Dunklen Materie.

Doch bisher blieb die Suche erfolglos - ob es Dunkle Materie wirklich in der Form gibt, die Forscher annehmen, bleibt offen. Aber der Detektor entdeckt etwas anderes. Dabei handelt es sich den Wissenschaftlern zufolge um den seltensten physikalischen Prozess, der jemals gemessen worden ist: den radioaktiven Zerfall des Edelgases Xenon-124. Die Wissenschaftler der Xenon-Kooperation haben ihre Entdeckung im Fachblatt "Nature" vorgestellt.

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Wenn zwei Elektronen gleichzeitig vom Kern des Xenon-124 eingefangen werden (links), entsteht ein charakteristischer Lichtblitz (rechts).

(Foto: Xenon Collaboration)

Bis dieses radioaktive Xenon-Isotop zerfällt, dauert es sehr lange. Man nehme an, man hätte eine Flasche mit einem Kilogramm flüssigen Xenons-124 in der Hand. Bis die Hälfte der Atomkerne zerfallen ist, muss man unvorstellbare 18 Trilliarden Jahren lang warten. Das ist mehr als eine Billion Mal länger, als das Universum mit seinen 14 Milliarden Jahren alt ist. Jedoch bedeutet das nicht, dass die Forscher mehrere Sechser im Lotto hintereinander hatten. Bei einer Masse von mehr als drei Tonnen Xenon gibt es so ungeheuer viele Xenon-124-Atomkerne, dass innerhalb eines Jahres sogar 126 Zerfälle gemessen wurden. Also im Schnitt alle drei Tage.

Dennoch: Im Vergleich zu mehreren anderen radioaktiven Isotopen von Xenon ist der Zerfall von Xenon-124 eine absolute Rarität. Es müssen zwei Protonen im Atomkern gleichzeitig zwei Elektronen aus der Atomhülle einfangen. Dazu müssen beide Elektronen zufällig zur selben Zeit in der richtigen Position sein. "Das ist ein seltenes Ereignis, multipliziert mit einem anderen seltenen Ereignis, was es zu einem ultra-seltenen Ereignis macht", erklärt Ethan Brown vom Rensselaer Polytechnic Institute in den USA, der an der Studie mitgearbeitet hat, laut einer Mitteilung. "Wir haben diesen Zerfall tatsächlich gesehen. Es ist der längste, langsamste Prozess, der jemals beobachtet worden ist."

Lichtblitze verraten Ereignis

Beobachten konnten die Forscher den Xenon-124-Zerfall anhand eines charakteristischen Lichtblitzes, wenn die Plätze der beiden eingefangenen Elektronen in der Atomhülle von anderen Elektronen neu besetzt werden. Die empfindlichen Sensoren im Xenon1T-Experiment hatten diesen Lichtblitz gemessen, da man auch die Dunkle Materie anhand eines Lichtblitzes nachweisen will - man nimmt an, dass diese entstehen, wenn die mysteriösen Dunkle-Materie-Teilchen - in der Form, von der man bei dem Experiment ausgeht - mit den Xenon-Kernen wechselwirken.

Aus den Beobachtungen berechneten die Wissenschaftler die Halbwertszeit von Xenon-124. Zwar muss das Isotop Tellur-128 sogar eine noch längere Halbwertszeit besitzen, sein Zerfall ist aber noch nie beobachtet worden. Der Nachweis des Xenon-124-Zerfalls illustriere die Leistungsfähigkeit des Detektors und erlaube damit auch die Fahndung nach fundamental neuen Zerfallsprozessen, die Hinweise auf bislang unbekannte physikalische Gesetze geben könnten, betonen die Forscher.

Quelle: n-tv.de, mit dpa

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