قال باحثون من أكثر من دولة إنهم رصدوا تحت كتلة جران ساسو الإيطالية؛ أغرب عملية فيزيائية اكتُشفت على الإطلاق، وهي عملية تحلُّل غاز «زينون 124» النبيل المشع.
وحسب الباحثين، فإنهم وجدوا أن نسف عمر هذا النظير المشع يبلغ 18 تريليار سنة -أي رقم 18 بجانبه 21 صفرًا- وأطول تريليون مرة من عمر الكون.
ونشر باحثو مشروع زينون العلمي نتائج أبحاثهم في العدد الحالي من مجلة «نيتشر» المتخصصة.
وكان الباحثون يستخدمون الكشاف «زينون 1T» أصلًا في البحث عن مادة مظلمة مبهمة غير معروفة، يمكن رصد تأثير جاذبيتها، لكن هذه المادة ليس لها تأثير تبادلي مع الضوء؛ ما يجعلها غير مرئية.
ويعلم الفيزيائيون، من خلال دراسات غير مباشرة، أنه لا بد أن يكون حجم المادة المظلمة في الكون خمسة أمثال المادة المعروفة لنا، لكنهم لا يعرفون ما تتكون منه هذه المادة.
وكان الباحثون يأملون من استخدام كشاف «زينون 1T»، التمكن من إثبات وجود جزيئات من المادة المعتمة بشكل مباشر؛ لذلك اكتشفوا صهريجًا به 1.3 طن من غاز الزينون النقي السائل، على عمق 1400 متر تحت جبال جران ساسو وسط إيطاليا، محاولين رؤية ومضات ضوئية يمكن أن تكون ناشئة عن أي تأثير تبادلي محتمل للمادة المظلمة مع غاز زينون.
لكن هذا الكشف يثبت عمليات أخرى أيضًا، مثل تحلل نظائر الزينون المشعة.
والنظائر هي أنواع من العناصر الكيميائية، تتفاوت في كتلتها؛ لأنها تمتلك في نواتها الذرية أعدادًا مختلفة من النيوترونات. ويمتلك غاز الزينون عدة نظائر مشعة تتحلل معظمها بعد ساعات أو أيام.
لكن نظير «الزينون 124» يتحلل بعملية نادرة للغاية تتطلب أن يتلقف بروتونان في نواة الذرة بشكل متزامن إلكترونين من الغلاف الإلكتروني للذرة، إضافة إلى ذلك يجب أن يتصادف وجود الإلكترونين في الوضع الصحيح المناسب لذلك، وهو أمر غير محتمل لدرجة أنه في حالة وجود كمية كبيرة من غاز الزينون 124 فإن نصف هذه الكمية لا تتحلل إلا بعد (18 تريليار سنة).
وللمقارنة فإن عمر الكون يبلغ قرابة 14 مليار سنة.
ويقول إيثان براون المشارك في الدراسة من معهد رينسيلار بوليتِكنك الأمريكي، في بيان عن المعهد: «رأينا هذا التحلل فعلًا» مضيفًا: «إنها أطول وأبطأ عملية تم رصدها».
وسجلت المستشعرات الحساسة خلال التجربة التي استخدم فيها كشاف «زينون 1T»، الومضات الضوئية المميزة لعملية شغل الإلكترونين اللذين تم اصطيادهما من الغلاف الإلكتروني للذرة مكان إلكترونين آخرين.
وأكد كريستيان فاينهايمر المشارك في الدراسة من جامعة مونستر الألمانية، أن «حقيقة نجاحنا في رصد هذه العملية مباشرة، تدل على قوة أداء طريقتنا في إثبات الإشارات التي ليست ناشئة عن المادة المظلمة».
ورغم أن نصف عمر نظير عنصر «التيلوريوم 128» أطول من نصف عمر «زينون 124»، فإن العلماء لم يتمكنوا حتى الآن من رصد تحلله.
وأكد الباحثون أن إثبات تحلل «زينون 124» يوضح مدى قوة أداء الكشاف، ويسمح أيضًا بالبحث عن عمليات تحلل جديدة بشكل جذري، من شأنها أن توفر دلائل على وجود قوانين فيزيائية غير معروفة حتى الآن.