Prima Osservazione di un Nucleo che si Dismembra in Quattro Particelle Dopo il Decadimento Beta

Gli scienziati hanno identificato una nuova modalità di decadimento radioattivo nell'ossigeno-13, dove si rompe in tre nuclei di elio, un protone e un positrone. Questa scoperta è stata resa possibile attraverso un apparato sperimentale unico presso il Cyclotron Institute della Texas A&M University, 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 decadimento radioattivo unico, producendo tre nuclei di elio, un protone e un positrone, utilizzando apparecchiature avanzate presso il Cyclotron Institute della Texas A&M University.

Non tutto il materiale che ci circonda è stabile. Alcuni materiali possono subire un decadimento radioattivo per formare isotopi più stabili.

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 dividendosi in tre nuclei di elio (un atomo senza gli elettroni circostanti), un protone e un positrone (la versione di antimateria di un elettrone).

Gli scienziati hanno osservato questo decadimento osservando la rottura di un singolo nucleo e misurando i prodotti della rottura.

Gli scienziati hanno precedentemente osservato modalità interessanti di decadimento radioattivo seguendo il processo chiamato decadimento beta-plus. È qui che un protone si trasforma in un neutrone ed emette parte dell'energia prodotta emettendo un positrone e un antineutrino. Dopo questo decadimento beta iniziale, il nucleo risultante può avere abbastanza energia per far evaporare le particelle extra e rendersi più stabile.

Questa nuova modalità di decadimento è la prima osservazione di tre nuclei di elio (particelle alfa) e di un protone emessi in seguito al decadimento beta. I risultati possono informare gli scienziati sui processi di decadimento e sulle proprietà del nucleo prima del decadimento.

Immagine delle particelle emerse dal nucleo dopo che ha subito il decadimento beta derivante da questa nuova modalità di decadimento. Il nucleo risultante si è spezzato in tre nuclei di elio (α) e un protone (p) originati da un unico punto di decadimento (cerchio rosso). Credito: immagine gentilmente concessa da J. Bishop

In questo esperimento, i ricercatori hanno utilizzato un acceleratore di particelle noto come ciclotrone presso il Cyclotron Institute della Texas A&M University per produrre un fascio di nuclei radioattivi ad alte energie (circa il 10% della velocità della luce). Hanno inviato questo raggio di materiale radioattivo, ossigeno-13, in un pezzo di attrezzatura nota come Texas Active Target Time Projection Chamber (TexAT TPC). All'interno di questo rivelatore, riempito di anidride carbonica, il materiale si ferma e decade dopo circa dieci millisecondi emettendo un positrone e un neutrino (decadimento beta-più).

Impiantando l'ossigeno-13 nel rivelatore un nucleo alla volta e aspettando che decadesse, i ricercatori hanno misurato eventuali particelle che evaporano dopo il decadimento beta utilizzando il TexAT TPC. Successivamente, hanno analizzato i dati con un programma per computer per identificare le tracce lasciate dalle particelle 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 particelle vengono emesse dopo il decadimento beta.