A teoria prevê que a decadência radioativa do isótopo tem uma meia-vida que ultrapassa a idade do universo “por muitas ordens de magnitude”, mas nenhuma evidência do processo apareceu até agora.

Uma equipe internacional de físicos que inclui três pesquisadores da Universidade do Arroz – o professor assistente Christopher Tunnell, o cientista visitante Junji Naganoma e o professor assistente de pesquisa Petr Chaguine – relataram a primeira observação direta da captura de dois neutrinos de duplo elétron para o xenônio 124, o processo físico pelo qual ele decai. Seu artigo aparece esta semana na revista Nature.

Embora a maioria dos isótopos de xenônio tenham meia-vida de menos de 12 dias, alguns são considerados de vida excepcionalmente longa, e essencialmente estáveis. Xenônio 124 é um desses, embora os pesquisadores tenham estimado sua meia-vida em 160 trilhões de anos à medida que se decompõe em telúrio 124. Presume-se que o universo tenha apenas 13 a 14 bilhões de anos.

O novo achado coloca a meia-vida de Xenônio 124 mais próxima dos 18 sextilhões de anos. (Para registro, isso é 18.000.000.000.000.000.000.000.000.000.)

A meia-vida não significa que leva tanto tempo para que cada átomo se decomponha. O número simplesmente indica quanto tempo, em média, levará para que a maior parte de um material radioativo se reduza pela metade. Ainda assim, a chance de ver tal incidente para o xenônio 124 é muito pequena — a menos que se reúna um número suficiente de átomos de xenônio e os coloque no “lugar mais radio-puro da Terra”, disse Tunnell.

“Um ponto chave aqui é que temos tantos átomos, então se algum decair, nós o veremos”, disse ele. “Temos uma tonelada (literalmente) de material”

“Esse lugar, situado no interior de uma montanha na Itália, é uma câmara que contém uma tonelada de xénon líquido altamente purificado, protegido de todas as formas possíveis de interferência radioactiva.

Called the XENON1T experiment, é o último de uma série de câmaras concebidas para encontrar a primeira evidência directa de matéria escura, a substância misteriosa que se pensa ser responsável pela maior parte da matéria no universo.

Tem a capacidade de observar outros fenómenos naturais únicos também. Uma dessas sondas no último ano foi a de monitorar a previsão da decadência do xénon 124. Ordenando através da pilha de dados produzidos pela câmara revelou “dezenas” dessas decadências, disse Tunnell, que se juntou a Rice este ano como parte da Iniciativa de Ciência de Dados da universidade.

“Podemos ver nêutrons únicos, fótons únicos, elétrons únicos”, disse ele. “Tudo o que entra neste detector vai depositar energia de alguma forma, e é mensurável.” O XENON1T pode detectar fótons que se transformam em vida no meio líquido, assim como elétrons atraídos para uma camada superior de gás xenônio carregado. Ambos são produzidos quando o xenônio 124 decai.

“Há diferentes maneiras pelas quais um isótopo radioativo pode decair”, disse ele. “Uma é a decadência beta. Isso significa que um elétron sai. Você pode ter decaimento alfa, onde ele cospe parte do núcleo para liberar energia. E há a captura de electrões, quando um electrão entra no núcleo e transforma um próton num nêutron. Isto muda a composição do núcleo e resulta na sua decomposição.

“Normalmente, você tem um elétron que entra e um neutrino que sai”, disse Tunnell. “Esse neutrino tem uma energia fixa, que é como o núcleo expulsa a sua massa. Este é um processo que vemos frequentemente na física das partículas nucleares, e é muito bem compreendido. Mas nunca tínhamos visto dois elétrons entrarem no núcleo ao mesmo tempo e emitir dois neutrinos”

Os fótons são liberados como cascatas de elétrons para preencher as vagas mais baixas ao redor do núcleo. Eles aparecem como um choque em um gráfico que só pode ser interpretado como múltiplas capturas de dois neutrões de elétrons duplos. “Não pode ser explicado com outras fontes de fundo que conhecemos”, disse Tunnell, que serviu como coordenador de análise durante dois anos.

XENON1T continua a ser o maior e mais sensível detector do mundo para partículas maciças fracamente interativas, também conhecidas como WIMPs, as hipotéticas partículas que se acredita constituírem matéria escura. Tunnell trabalhou no XENON1T com o colega Rice Naganoma, que serviu como gerente de operações.

Os pesquisadores que compõem a Colaboração XENON, todos eles co-autores do trabalho, ainda não detectaram a matéria escura, mas um instrumento maior, o XENONnT, está sendo construído para promover a busca. Chaguine é o novo gestor de comissionamento do instrumento, responsável pela sua construção.

O exemplo da colaboração pode levar os investigadores a encontrar outros processos exóticos não relacionados com a matéria escura, disse Tunnell, incluindo a caça em curso para outro processo invisível, a captura de electrões duplos sem neutrinos, em que não são libertados neutrinos. Esse processo, segundo o jornal, “teria implicações para a natureza do neutrino e daria acesso à massa neutrina absoluta”

“Fica complicado, porque enquanto temos a ciência que estamos tentando fazer, também temos que pensar no que mais podemos fazer com a experiência”, disse ele. “Temos muitos alunos à procura de projectos de tese, por isso fazemos uma lista de 10 ou 20 outras medidas — mas elas são um tiro no escuro, e quase sempre não encontramos nada, como é típico da ciência orientada pela curiosidade.

“Neste caso, demos um tiro no escuro onde dois ou três alunos tiveram muita sorte”, disse ele.

“Neste caso, demos um tiro no escuro onde dois ou três alunos tiveram muita sorte”, disse ele.