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

      Kaksi loukkaantui ampumistapauksessa Helsingin keskustassa, yksi henkilö otettu kiinni – Tämä tapauksesta tiedetään nyt

    2. 2

      Tutkimus: Kuubassa omituisia oireita saaneiden yhdysvaltalaisten diplomaattien aivoista löytyi muutoksia

    3. 3

      Yli 300 iskua kehässä perjantaina saanut nyrkkeilijä kuoli

    4. 4

      45 vuoden taistelunkaan jälkeen rehevöitymistä ei ole saatu kuriin – ja nyt Itämerta kohtaa jo seuraava uhka

      Tilaajille
    5. 5

      Silminnäkijä: Ampujaksi epäilty lähti paikalta pistooli kädessä kävellen rauhallisesti – paikalla oli lapsiakin

    6. 6

      Tutkimus: Keskimääräistä fiksummat ostavat muita useammin tietyntyyppisiä autoja

    7. 7

      Historiallinen käänne työttömyystuissa näyttää, miksi työministeri Harakka joutuu helteiseen paikkaan

    8. 8

      Artistien peruutuksista on tullut festivaaleille arkipäivää, ja järjestäjien mitta alkaa tulla nyt täyteen: ”Kaikki sonta sataa festivaalin niskaan”

    9. 9

      Kuvia poliisin operaatiosta Helsingin Kampissa

    10. 10

      Yksi treenikerta viikossa voi riittää kehittymiseen – Asiantuntija neuvoo erikoistekniikan, joka tehostaa salitreenin tuloksia

      Tilaajille
    11. Näytä lisää
    1. 1

      45 vuoden taistelunkaan jälkeen rehevöitymistä ei ole saatu kuriin – ja nyt Itämerta kohtaa jo seuraava uhka

      Tilaajille
    2. 2

      Kaksi loukkaantui ampumistapauksessa Helsingin keskustassa, yksi henkilö otettu kiinni – Tämä tapauksesta tiedetään nyt

    3. 3

      Kaupunginvaltuutettu Abdirahim Hussein väittää Twitterissä kaikkia perussuomalaisia ja heidän kannattajiaan rasisteiksi

    4. 4

      Sotien jälkeen lähes kadonnut herhiläinen valtaa Suomesta uusia alueita: ”Se on iso ja letkeä kaveri”

    5. 5

      Yksi treenikerta viikossa voi riittää kehittymiseen – Asiantuntija neuvoo erikoistekniikan, joka tehostaa salitreenin tuloksia

      Tilaajille
    6. 6

      Kuluttajien himoitsemasta ihmepulverista tuli hirveä pula

    7. 7

      Helle voi oikeuttaa vuokranalennukseen

    8. 8

      Tutkimus: Keskimääräistä fiksummat ostavat muita useammin tietyntyyppisiä autoja

    9. 9

      Tutkimus: Kuubassa omituisia oireita saaneiden yhdysvaltalaisten diplomaattien aivoista löytyi muutoksia

    10. 10

      Vanhemmat ottivat käyttöön menetelmän, joka lopetti parissa viikossa vauvan yöheräilyt ja nopeutti nukahtamista – näin unikoulu toimii

      Tilaajille
    11. Näytä lisää
    1. 1

      Harri Virtasen elämä särkyi, kun äiti pysäytti auton keskellä metsätietä: vasta aikuisena Virtanen toipui, ja nyt hän auttaa myös toisia pois trauman kierteestä

      Tilaajille
    2. 2

      Frendit ja Seinfeld ikääntyivät – toinen teki sen arvokkaasti, toinen on niin homofobinen, että sitä katsoessa täytyy irvistää

      Tilaajille
    3. 3

      Katsastaja hylkäsi vantaalaismiehen auton ”katkenneiden takajousien” takia, vaikka jouset olivat täysin ehjät

    4. 4

      45 vuoden taistelunkaan jälkeen rehevöitymistä ei ole saatu kuriin – ja nyt Itämerta kohtaa jo seuraava uhka

      Tilaajille
    5. 5

      VR vaihtoi kesäkuussa siivousyhtiötä, nyt likaiset junat ihmetyttävät niin matkustajia kuin henkilökuntaakin

    6. 6

      Töölöläinen Liisa Eskelinen etsii Facebookissa kumppania pitkän kriteerilistan avulla: lapseton, äänestänyt kaikissa vaaleissa ja prioriteettina yhteinen aika

    7. 7

      Kaksi loukkaantui ampumistapauksessa Helsingin keskustassa, yksi henkilö otettu kiinni – Tämä tapauksesta tiedetään nyt

    8. 8

      Bloggari Maria Nordin aiheutti sukupuoliristiriitaa käsittelevällä Pride-päivityksellään somemyrskyn, soitimme riidan osapuolille

    9. 9

      Matalatehoinen liikunta on hyväksi – listasimme 10 väitettä aineenvaihdunnasta ja keinot, joilla nopeutat sitä oikeasti

      Tilaajille
    10. 10

      Tarja Myllyrinne asuu ensimmäisessä kerroksessa yhdellä Helsingin meluisimmista kaduista: Tällainen on hänen kotinsa

      Tilaajille
    11. Näytä lisää