Tiede

Pimeän aineen ilmaisin havaitsi harvinaisimman koskaan havaitun ilmiön

Jalokaasun atomin ydin hajosi tavalla, jota periaatteessa saisi odottaa maailmankaikkeuden ikää kauemmin. Pimeää ainetta ei löytynyt.

Pimeää ainetta etsivä laite havaitsi toistaiseksi harvinaisimman ilmiön koskaan. Kyse ei ole pimeän aineen hiukkasesta, vaan hyvin harvinaisesta ksenon-alkuaineen isotoopin radioaktiivisesta hajoamisesta.

Jos istuisi yhden tällaisen ksenonisotoopin vieressä tätä hajoamista odottamassa, saisi odottaa yli tuhat miljardia kertaa kauemmin kuin maailmankaikkeus on ollut olemassa.

Mutta kun atomeita on valtavasti samassa paikassa, jokin niistä voi hajota tuurilla juuri nyt. Kuten myös kävi. Siitä kertovat Nature-tiedelehdessä professori Jouni Suhonen Jyväskylän yliopistosta ja Phys.org-verkkosivusto.

Kyse on ksenon-124-isotoopin ytimessä kahden protonin muuttumisesta kahdeksi neutroniksi. Protoni on varattu ja neutroni varaukseton atomin ytimen hiukkanen. Kyseisen isotoopin puoliintumisaika vuosissa on luku, jossa on parikymmentä nollaa. Siinä ajassa hajoaa puolet jostakin määrästä isotooppia.

”Se on hitain prosessi, jota on pystytty havainnoimaan suoraan. Pimeän aineen havaintolaitteemme on riittävän herkkä näkemään sen”, tutkija Ethan Brown sanoo tutkimuksen tiedotteessa. Tutkimus julkaistiin Nature-tiedelehdessä.

Harvinainen ilmiö on fysiikan perustutkimusta, jolle on vaikea kuvitella käytännön sovelluksia. Se syventää kuitenkin käsitystä aineesta atomitasolla.

Havaitussa hajoamisessa ksenon-124-isotoopin kaksi protonia muuttuu kahdeksi neutroniksi, kun ksenonatomi nappaa ytimeensä kaksi elektronia. Yleensä radioaktiivisessa hajoamisessa ydin nappaa yhden elektronin. Kaksoiskaappaus vaatii sitä, että kaksi elektronia osuu tismalleen oikealla hetkellä sopivan lähelle ydintä.

Kun ksenon-124-isotoopin sisimmästä elektronikuoresta kaksi putoaa ytimeen, niiden tilalle tulee elektroneja seuraavilta kuorilta. Tämän atomin perustilaan romahduksen havaintolaite huomasi. Ksenonin isotooppi muuttui tietenkin toiseksi alkuaineeksi ja sen isotoopiksi telluuri-124:ksi.

”Kaksoiselektronisieppaus on kuin heittäisi yhtä aikaa kaksi tikkaa samalla kädellä kahteen häränsilmään eri tikkatauluihin”, Suhonen hymähtää.

Kun ytimen kaksi protonia muuttuvat neutroneiksi, samalla syntyy kaksi neutriinoa, jotka ovat liki massattomia haamuhiukkasia mutta keskeisiä maailmankaikkeudessa.

Tulos antaa paremmat mahdollisuudet tarkkoihin ydinrakennelaskuihin. Niitä tarvitaan esimerkiksi vielä harvinaisemman, ilman neutriinoja tapahtuvan kaksoiselektronisieppauksen ymmärtämiseksi, akatemiatutkija Anu Kankainen Jyväskylän yliopistosta arvioi.

Jos tällainen neutriinoton hajoamismuoto havaittaisiin, se todistaisi Kankaisen mukaan, että neutriino on itsensä antihiukkanen. Se taas voisi helpottaa sen ymmärtämistä, miksi maailmankaikkeudessa on enemmän materiaa kuin antimateriaa.

Antiaineen häviäminen aineen tieltä on fysiikan suuria arvoituksia. Maailmankaikkeuden alussa kumpaakin syntyi yhtä paljon. Kun aine ja antiaine kohdatessaan tuhosivat toisiaan, ainetta jäi hiukkasen enemmän, ja tuosta ylijäämästä me koostumme.

Hajoamisen havainnut laite on Italiassa Gran Sassossa vuoren uumenissa 1 500 metrin syvyydessä. Se on suojattu avaruudesta syöksyviltä hiukkasilta muun muassa vesivaipalla.

Havaintolaitteessa on kolme tonnia hyvin puhdasta nestemäistä ksenonia. Se on alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä jalokaasu. Sitä on hiukan ilmakehässä, ja se on tuttu esimerkiksi ajoneuvojen valoista.

Havaintolaitteen tavoite on varsinaisesti pimeän aineen oletetun hiukkasen havaitseminen. Pimeää ainetta on viisi kertaa tavallisen aineen verran, mutta sitä ei ole havaittu millään laitteella. Pimeä aine on havaittu epäsuorasti siitä, miten se vaikuttaa painovoimallaan galakseissa. Se ehkä tuntee heikon ydinvoiman, jolloin se voi olla havaittavissa.

Kun pimeän aineen oletettu hiukkanen törmää ksenonatomiin ja vuorovaikuttaa sen kanssa, syntyy fotoneita. Se näkyvät välähdyksinä.

Havaintolaite ilmoittaa kuitenkin mistä tahansa ksenonatomiin liittyvästä vuorovaikutuksesta, ja tällä kerralla se oli maailmankaikkeuden harvinaisimpia.

Pimeän aineen etsintä alkoi Gran Sassossa vuosituhannen alussa. Harvinaisen havainnon tehnyt Xenon1T keräsi havaintoja vuosina 2016–2018, jonka jälkeen se sammutettiin.

Seuraavaksi pimeän aineen etsintä jatkuu kolme kertaa isommalla laitteella, joka suojataan nykyistä paremmin, jolloin se on entistä herkempi.

Kommentit

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Ei vielä nimellä kirjoitettuja kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Kun Pirkko Lahti luennoi, tila loppuu kesken ja yleisö haltioituu – psykologi laati kymmenen väitettä hyvästä elämästä, jotka jokaisen tulisi esittää itselleen

      Tilaajille
    2. 2

      Alamäkipyöräilyn suosio kasvaa nopeasti: Espoossa laskettelukeskukseen raivattiin viisi rataa, joista helpoimman ”pystyy ajamaan Alepa-fillarilla”

    3. 3

      HS kysyi eduskunta­ryhmiltä, mitä Isis-leirin suomalaisille pitäisi tehdä: Puolueet painottavat naisten vastuuta ja toisaalta lasten syyttömyyttä

    4. 4

      Yksi juoma sai täydet viisi tähteä, kun HS testasi suomalaiset siiderit – ison panimon tekele tyrmättiin limonadimaiseksi

      Tilaajille
    5. 5

      Anne Lister oli bisnesnainen, pistooliampuja sekä vallaton rakastaja, joka kirjoitti päiväkirjaansa: ”Aina minulla on joku tyttö mielessä”

    6. 6

      Helsingin edustalla on saari, jossa aika on pysähtynyt vuoteen 1952: ”Emme seuraa trendejä”

    7. 7

      Keskellä Helsingin kallista ja haluttua omakotialuetta on rapistunut jo vuosikausia kaksi autiotaloa, jotka omistaa sama ihminen

    8. 8

      Suomalaisnainen viestissään Isis-leiriltä: Naisia ja lapsia viedään vankilaan

    9. 9

      Suomi vetää EU-puheen­johtajuuden säästö­budjetilla: Kuluista leikattiin 20 miljoonaa euroa, vieraille tarjotaan hana­vettä eikä avajais­gaalaa järjestetä

    10. 10

      Makkarakeisari Veijo Votkin järkyttyi Sörnäisten teurastamolla 1969 niin pahasti, että ura oli tyssätä heti alkuunsa: ”Joka paikassa oli verta”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Keskellä Helsingin kallista ja haluttua omakotialuetta on rapistunut jo vuosikausia kaksi autiotaloa, jotka omistaa sama ihminen

    2. 2

      Helsinkiläis­nainen otti kuvan pyörätielle pysäköidystä poliisiautosta ja päätyi putkaan: Poliisi kadotti lomakkeen ja vapautui vastuusta

    3. 3

      Helsingin edustalla on saari, jossa aika on pysähtynyt vuoteen 1952: ”Emme seuraa trendejä”

    4. 4

      Britney Spears oli yhtä aikaa paheellinen ja neitseellinen – 20 vuotta sitten synnytetty tähti ei ole koskaan ollut vapaa ja nyt hänen vointinsa huolestuttaa monia

      Tilaajille
    5. 5

      Yhdysvaltain superrikkaat julkaisivat avoimen kirjeen presidenttiehdokkaille: ”Verottakaa meitä enemmän”

    6. 6

      Kun Pirkko Lahti luennoi, tila loppuu kesken ja yleisö haltioituu – psykologi laati kymmenen väitettä hyvästä elämästä, jotka jokaisen tulisi esittää itselleen

      Tilaajille
    7. 7

      Suomalaisnainen viestissään Isis-leiriltä: Naisia ja lapsia viedään vankilaan

    8. 8

      Pahasta työuupumuksesta toipuminen voi viedä vuosia, mutta sen voi ehkäistä, jos tunnistaa oireet ajoissa

    9. 9

      Poliisi selvittää tapausta, jossa mies etsii You­tubeen ladatulla videolla seuraa Suvi­seuroille ala­ikäisistä tytöistä

    10. 10

      Maapallo lähestyy ”ilmasto­apartheidia”, varoittaa YK:n asian­tuntija

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Särkynyt mieli pyrki raivoisasti eteenpäin, mutta lopulta se törmäsi seinään – Touko Aalto kertoo hetkestä, johon elämä ja ura pysähtyivät

      Tilaajille
    2. 2

      Keskellä Helsingin kallista ja haluttua omakotialuetta on rapistunut jo vuosikausia kaksi autiotaloa, jotka omistaa sama ihminen

    3. 3

      Yhdestä vahinko­vilautuksesta räjähti musiikki-ilmiö, joka hakee vertaistaan – Näin nousi ja hiipui artisti nimeltä Kikka

      Tilaajille
    4. 4

      Aamupuuro on luultua huonompi aamupala

      Tilaajille
    5. 5

      Helsinkiläis­nainen otti kuvan pyörätielle pysäköidystä poliisiautosta ja päätyi putkaan: Poliisi kadotti lomakkeen ja vapautui vastuusta

    6. 6

      Asuntolainat, palkat, säästöt, sijoitukset: Nolla­korkojen maailmasta on tulossa uusi normaali, ja se jakaa meidät voittajiin ja häviäjiin

      Tilaajille
    7. 7

      75 vuotta sitten puna-armeija hioi huippuunsa strategian, jolla Venäjä on järkyttänyt maailmaa kerta toisensa jälkeen

    8. 8

      Helsingin koillisella laidalla asuu ryhmä miehiä, jotka ovat omistaneet elämänsä siniselle jumalalle

    9. 9

      HS:n erikoisartikkeli kertoo, miten Kaapo Kakosta varttui kenties historian lahjakkain suomalainen jääkiekkoilija

    10. 10

      Helsingin edustalla on saari, jossa aika on pysähtynyt vuoteen 1952: ”Emme seuraa trendejä”

    11. Näytä lisää