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반감기 1.8 x 10^22 년 제논 - 124의 방사선 붕괴를 포착하다.



(The XENON1T dark matter collaboration has observed the radioactive decay of xenon-124, which has a half-life of 1.8 X 1022 years Credit: XENON1T)


 과학자들이 매우 드문 제논 - 124의 방사선 붕괴 현상을 관측했습니다. 전 세계 160여명의 과학자들이 협력한 XENON Collaboration이 운용하는 XENON1T 장치는 이름처럼 매우 안정한 원자인 제논 1300kg을 저장한 장치입니다. 이탈리아 그란 싼소 산 지하 1500미터 아래에 위치한 XENON1T는 우주에 있는 물질의 대부분을 차지하지만 그 정체를 모르는 암흑 물질을 검출하기 목적으로 개발됐습니다. 물질과 반응하지 않지만 혹시 제논 원자핵과 반응을 보이면 그 정체를 추적할 수 있기 때문입니다. 



 제논 -124는 반감기가 무려 1.8 x 10^22 년인 매우 안정적인 원자입니다. 이는 우주의 나이보다 1조배 이상 긴 것으로 사실 누구도 이를 직접 관측한 이는 없고 이론적인 추정일 뿐이었습니다. 하지만 XENON1T은 이 제논 원자의 양성자 가운데 하나가 중성자로 변하는 과정을 포착했습니다. 이 과정에서 양상자는 두 개의 전자를 흡수하는 Double-electron capture 현상이 발생하는데 이를 포착한 것입니다. 


 사실 원자의 반감기라고 해도 평균을 말하는 것이기 때문에 분명 원자 가운데는 더 빨리 방사성 붕괴를 일으키는 것도 있고 느리게 일으키는 것도 있을 것입니다. 따라서 제논 원자 중 하나가 방사성 붕괴를 일으켰다는 사실 자체는 놀라운 일이 아닐 수 있지만, 극도로 드문 현상을 민감하게 관측했다는 사실은 놀라운 것 같습니다.



 참고 



Observation of two-neutrino double electron capture in 124Xe with XENON1T, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1124-4 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-1124-4



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