La scoperta
Gli scienziati hanno identificato una nuova modalità di decadimento radioattivo nell’ossigeno-13, in cui si divide in tre nuclei di elio, un protone e un positrone. Questa scoperta è stata resa possibile grazie a un esclusivo allestimento sperimentale presso l’Istituto Cyclotron dell’Università Texas A&M, dove il processo di decadimento dell’ossigeno-13 è stato attentamente monitorato.
Per la prima volta, gli scienziati hanno osservato l’ossigeno-13 subire un unico decadimento radioattivo, producendo tre nuclei di elio, un protone e un positrone, utilizzando attrezzature avanzate presso l’Istituto Cyclotron dell’Università Texas A&M.
La Scienza
Non tutto il materiale che ci circonda è stabile. Alcuni materiali possono subire un decadimento radioattivo per formare isotopi più stabili.
Il nuovo modo di decadimento
Gli scienziati hanno ora osservato per la prima volta una nuova modalità di decadimento. In questo decadimento, una forma più leggera di ossigeno, l’ossigeno-13 (con otto protoni e cinque neutroni), decade rompendosi in tre nuclei di elio (un atomo senza gli elettroni circostanti), un protone e un positrone (la versione antimateria di un elettrone).
Gli scienziati hanno osservato questo decadimento osservando un singolo nucleo rompersi e misurando i prodotti della rottura.
L’impatto della scoperta
Gli scienziati hanno precedentemente osservato interessanti modalità di decadimento radioattivo seguendo il processo chiamato decadimento beta-plus. Questo è dove un protone si trasforma in un neutrone ed emette parte dell’energia prodotta emettendo un positrone e un antineutrino. Dopo questo iniziale decadimento beta, il nucleo risultante può avere abbastanza energia per bollire particelle extra e renderlo più stabile.
Questa nuova modalità di decadimento è la prima osservazione di tre nuclei di elio (particelle alfa) e un protone emessi dopo il decadimento beta. Le scoperte possono informare gli scienziati sui processi di decadimento e sulle proprietà del nucleo prima del decadimento.
Sommario dell’esperimento
In questo esperimento, i ricercatori hanno utilizzato un acceleratore di particelle noto come ciclotrone presso l’Istituto Cyclotron dell’Università Texas A&M per produrre un fascio di nuclei radioattivi ad alte energie (circa il 10% della velocità della luce). Hanno inviato questo fascio di materiale radioattivo, ossigeno-13, in un pezzo di attrezzatura noto come la Camera di Proiezione del Tempo del Bersaglio Attivo del Texas (TexAT TPC). Il materiale si ferma all’interno di questo rilevatore, che è riempito con gas di anidride carbonica, e decade dopo circa dieci millisecondi emettendo un positrone e un neutrino (decadimento beta-plus).
Analisi dei dati
Impiantando l’ossigeno-13 nel rilevatore un nucleo alla volta e aspettando che decadisse, i ricercatori hanno misurato qualsiasi particella che bolliva dopo il decadimento beta utilizzando il TexAT TPC. Successivamente, hanno analizzato i dati con un programma informatico per identificare le tracce che le particelle lasciano nel gas. Ciò ha permesso loro di identificare gli eventi rari (che si verificano solo una volta ogni 1.200 decadimenti) come quelli in cui quattro delle particelle vengono emesse dopo il decadimento beta.
Supporto e riconoscimenti
Questo lavoro è stato sostenuto dall’Ufficio di Scienza del Dipartimento dell’Energia, dall’Ufficio di Scienza Nucleare e dall’Amministrazione Nazionale per la Sicurezza Nucleare attraverso il Centro di Eccellenza per la Formazione Nucleare e la Ricerca Universitaria (CENTAUR). Diversi autori riconoscono anche il supporto per i viaggi dal grant IBS e dal grant della National Research Foundation of Korea, entrambi finanziati dal governo della Repubblica di Corea.