De speurtocht naar donkere materie in het heelal heeft een interessante spin-off opgeleverd.
Deze speurtocht vindt onder andere plaats met een groot vat met vloeibare xenon in het ondergrondse Gran Sasso-laboratorium in Italië.
Daarmee hebben de onderzoekers, onder wie van het Nikhef en de UvA, nu vastgesteld dat xenon-124, een zeldzame isotoop van dit element, een halfwaardetijd van 18 triljard (miljard maal biljoen) jaar heeft.
Dat is het traagste radioactieve verval ooit gemeten.
Het XENON1T-experiment bestaat uit een vat met tot nu toe drie ton ultra-zuivere, vloeibare xenon omringd door lichtgevoelige detectoren.
Als een deeltje van de (hypothetische) donkere materie tegen de kern van een xenonatoom botst, ontstaat door de interactie een tweevoudig lichtflitsje dat de passage van zo’n deeltje verraadt.
Storende invloeden van andere, bekende deeltjes worden onder andere afgeschermd doordat het instrument zich diep in een berg bevindt.
Tot nu toe heeft het experiment nog geen donkere materie gevonden en wordt het opgeschaald naar ruim acht ton xenon.
Maar intussen hebben onderzoekers van de XENON Collaboration wel kunnen vaststellen dat in de loop van een half jaar 126 keer een atoom van het isotoop xenon-124 verviel tot tellurium-124.
Dat gebeurde via de zogeheten dubbele-elektroneninvang, een zeldzaam radioactief verval waarbij twee protonen in de atoomkern tegelijk een elektron uit de binnenste schil van het atoom invangen.
Daarbij worden de protonen in de kern omgezet in neutronen, zodat een ander chemisch element ontstaat.
Tot nu toe hadden onderzoekers alleen nog tekenen van dit zeldzame vervalproces bij de isotopen krypton-78 en barium-130 waargenomen, maar dank zij de enorme hoeveelheid xenon werd het nu daadwerkelijk meetbaar.
Uit het aantal vervallen kernen en het totale aantal xenonkernen in de detector, waarvan één op de duizend uit 124Xe bestaat, kon een halfwaardetijd van 1,8 × 1022 jaar worden afgeleid.
Dat is meer dan een biljoen maal zo lang als de huidige leeftijd van het heelal.
In die tijd zou dan het aantal radioactieve 124Xe-kernen gehalveerd moeten zijn. (GB/Nature 568, p. 462 en 532) (Image credit: Xenon Collaboration)
