雙中微子雙電子俘獲，氙-124原子衰變過程和暗物質有何關聯？
作者：文/虞子期
在此之前，科學家們一直沒有捕獲任何暗物質，但現在不一樣了，他們成功的發現了宇宙中最罕見的粒子相互作用之一，即：氙-124原子的衰變過程。雖然這樣的發現並沒有使團隊更接近尋找暗物質，但卻證實了探測器的多功能性，後期也可通過岔氣罐的不斷升級，以提供更多檢測罕見相互作用的機會。
發現罕見氙-124原子衰變的過程
一個裝滿3200公斤純液體岔的大型金屬罐，正處在意大利中部的一座深山，科學家們為暗物質鋪設了誘餌。這是地球上最清潔的惰性氣體，同時也是最耐輻射的物質之一，這便是為什麼，它會成為捕捉宇宙中某些稀有粒子相互作用的理想目標。或許，此時的你會覺得這一切聽上去都那麼的模糊不清。
這項新的研究，涉及到了100多名研究人員，該團隊首次通過了極為罕見的測量過程，雙中微子雙電子俘獲，即氙-124原子衰變成碲124原子的過程。正是在原子核同時從其外部電子殼吸收兩個電子的時候，發生了這樣特定類型的放射性衰變。並且還在這個過程中，釋放出了雙倍劑量的被稱為中微子的幽靈粒子。
氙-124的半衰期需要多久的時間
在這次實驗中，科學家們首次測量出這種獨特的衰變，由此準確地證明了氙-124衰變需要多久的時間，以及此反應的罕見程度。氙-124的半衰期，相當於一組氙-124原子減少一半所需要耗費的平均時間：大約18萬億年（1.8 x 10 ^ 22年），相當於當前宇宙年齡的一萬億倍。
或許這樣直接的敍述方式，讓你無法對該發現有一個具象的感知。那麼，我們可以換一種方式來表達：如果6500萬年前，恐龍在此時滅絕，你有100個氙-124原子。按照統計學的角度來看，那麼它們中的所有到了今天都應該仍然存在，這也標誌着實驗中直接測量的單個最長半衰期誕生。雖然之前有一個更長的半衰期（碲-128的衰變），但這種極為罕見的事件只是在紙上計算出來過，會比氙-124的半衰期長一百多倍。
雙中微子雙電子俘獲需一系列“巧合”
這個過程和平時常見的放射性衰變形式有何不同？它們都是當原子核中的中子和質子比例發生變化、原子失去能量的時候，發生了雙中微子雙電子俘獲。但是，這個更為罕見的過程會比常見的衰變模式需要的條件更加挑剔，會被一系列“巨大的巧合”所左右。大量的氙原子，都可以使得這種巧合排列的可能性變得更大。
關於它的工作原理，可以這樣詳細闡述：54個電子包圍了所有氙-124原子，並且在核周圍的朦膿殼中不停的旋轉。當兩個電子在靠近原子核的殼中同時遷移到原子核中，會撞擊成一個質子，並且將這些質子轉換成中子，而後便發生了雙中微子雙電子俘獲。在這個過程中，還會產生該轉換的副產品，核子會吐出兩個中微子。
事件過程中的中微子是怎樣的存在
中微子是輕子的一種，也是組成自然界的最基本粒子之一。它的個頭很小、不帶電，且可以自由的穿過地球。質量很輕的它以接近光速的速度運動，和其他任何物質的相互作用都非常微弱，因此有宇宙間的“隱身人”稱號。科學界從預言到發現它的存在，一共耗時二十多年的時間。
其實，只要是粒子間的各種弱相互作用，原則上都會產生中微子。正是因為弱相互作用的速度緩慢，所以才造就了反應的主要障礙，這也是為什麼中微子能輕易的穿過普通物質、而似乎並沒有發生反應。或許你還不知道，大約每秒鐘都有1000萬億量級的中微子（來自太陽）會穿過每個人的身體，哪怕是在夜晚的時候也不會例外。
探測中微子的儀器必須足夠強大，正因為它和其他物質的相互作用很小，想要觀測到中微子的數量並非易事，同時還需要隔絕宇宙射線和其他可能的背景干擾。隨着探測技術的日漸提高，科學家們已經可以觀測到來自天體的中微子，這也是一種新天文觀測手段的產生。比如：冰立方-第一個立方公里大的中微子天文望遠鏡。
研究衰變原子中留下的空白空間
但難以捕捉的亞原子粒子並沒有電荷、甚至沒有質量，並幾乎從不和任何物質發生相互作用。科學家們並沒有辦法可以測量那些飛向太空的中微子，除非使用一些極其敏感的設備。但，為了證明這個過程發生了兩個中微子雙電子捕獲事件，科學家們轉而開始研究衰變原子中所留下的空白空間。
原子核所捕獲到的電子，原子殼中還有兩個空位，它們從較高的炮彈中填滿，產生了一連串的電子和X射線。這些X射線可以在探測器中沉積能量，科學家們也能通過實驗數據清楚的看到。歷經一年的時間、100個-124原子的衰變，終於找到了該過程的第一個直接證據。參與研究的科學家們雖然沒有發現暗物質的痕跡，但卻發現了宇宙中第二長的放射性衰變。
暗物質是宇宙保存最好的秘密之一
因為暗物質可對其他物質施加引力，卻又不和光相互作用，所以科學家們一直無法弄清它到底由什麼而構成。關於暗物質的推測有很多，比如WIMP、超輕粒子等，但這些想法並沒有太多的證據可以支持。這也是為什麼科學家們一直在研究和排除所有可能性。
除了重力之外，無法確定暗物質粒子和可見世界有任何的相互作用，想要發現一個具有一定質量、但又沒其他相互作用的粒子，這本就是一件異常困難的事，雖然，這對解釋暗物質而言是最簡單的選擇之一。目前，我們唯一可以確定的是：暗物質並不在我們已知的粒子物理學之中。在最終確定這些暗物質性質的觀察證據之前，我們可以合理的進行猜測，並保持開放的心態，因為，時間會讓我們越來越接近真實的答案。