Un detector ha medido por primera vez la desintegración de un isótopo del xenón, un proceso que tarda en desarrollarse más de un billón de veces la edad del universo.


Imagen: XENON Collaboration

El complejo del Laboratorio Nacional Gran Sasso, en Italia, se alza a los pies del macizo que le da nombre, a unos 120 kilómetros de Roma, entre las localidades de L’Aquila y Teramo. A simple vista, es difícil imaginar que en esas sencillas instalaciones, que es fácil pasar por alto ante la belleza del paisaje circundante, se ha conseguido medir por primera vez uno de los fenómenos físicos más intrigantes y extraños conocidos, un proceso tan lento que se desarrolla a lo largo de mucho más tiempo que la propia edad del universo; de hecho, se calcula que tarda en completarse alrededor de un billón de veces más.

En Gran Sasso, donde trabajan más de un millar de investigadores de casi una treintena de países, buena parte de la acción transcurre a mucho metros bajo tierra. Precisamente, una de sus joyas tecnológicas, el detector XENON1T, yace a kilómetro y medio de profundidad. En esencia, se trata de un recipiente de aproximadamente un metro de largo que contiene 3.200 kilos de xenón líquido a una temperatura de -95 ºC. Y no está ahí por casualidad.

En busca de la materia oscura

El principal objetivo del XENON1T es la búsqueda de la elusiva materia oscura. Distintas hipótesis consideran que esta constituye el 85% de toda la que se encuentra en el cosmos y, sin embargo, nadie sabe a ciencia cierta qué es, ni tan siquiera si existe realmente, aunque su presencia se intuye en ciertos efectos gravitacionales que no podrían explicarse sin ella. Dar con su rastro resulta extraordinariamente complejo, entre otras cosas porque la radiación cósmica que nos llega constantemente desde el espacio dificulta la detección de las partículas que supuestamente la integran.

Pues bien, el emplazamiento del XENON1T lo mantiene a salvo de su influencia. La idea, en teoría, es la siguiente: cuando las partículas de materia oscura atraviesan el detector –se sospecha que estas no interactúan prácticamente con nada, de modo que incluso podrían traspasar todo el planeta sin más– podrían toparse con un átomo de xenón, lo que acabaría suscitando una debilísima señal que, aun sí, serían capaces de detectar los sensores que el cilindro posee en ambos extremos.

Ahora, un nuevo estudio ha mostrado que, si bien estos no han dado aún con el rastro de la mencionada materia oscura, sí han logrado medir la desintegración radiactiva del xenón-124, un isótopo de este elemento –los isótopos de un átomo son asimismo átomos que poseen el mismo número de protones, pero distinto de neutrones– que tiene una vida media de 1,8 X 10 elevado a 22 años. La cifra es tan inmensa que resulta inimaginable. “Ha sido asombroso presenciarlo. Es el proceso más largo y lento que ha podido ser observado directamente hasta la fecha, pero el detector es lo suficientemente sensible como para captarlo; es la cosa más extraña que se ha registrado”, indica en un comunicado Ethan Brown, un profesor de Física y Astronomía del Instituto Politécnico Rensselaer, en Nueva York, que ha participado en esta iniciativa.

Una rareza entre rarezas


En un artículo publicado en la revista Nature, los científicos explican que la desintegración sucedió cuando un protón en el interior del núcleo de un átomo de xenón se convirtió en un neutrón. En la mayoría de los elementos en los que ocurre este proceso, esto tiene lugar cuando un electrón se introduce en el núcleo. Pero con el xenón sucede otra cosa. En su caso, para convertirse en un neutrón, un protón necesita absorber dos electrones –en vez de uno–, lo que se conoce como doble captura de electrón. Es más, esto solo pasa si dos de los electrones están al lado del núcleo en el momento adecuado. Brown ha sido bastante taxativo al respecto: “Se trata de una cosa muy rara mutiplicada por otra cosa rara, lo que hace de todo ello algo ultrarraro”.

No obstante, la doble captura se dio. Y en el momento en que tal cosa se produjo, los instrumentos captaron la señal que emitían los electrones mientras se reasentaban para rellenar el hueco que, por así decirlo, habían dejado los dos que habían sido absorbidos en el núcleo.

Referencia: Observation of two-neutrino double electron capture in 124Xe with XENON1T. XENON Collaboration. Nature (2019).

muyinteresante.es / Abraham Alonso, 25 abril 2019

Captan la extrañísima desintegración del xenón-124