Colaboração identifica decaimento nuclear raro em isótopo de potássio de longa vida
A Colaboração Potassium Decay (KDK) usou o arranjo KDK para detectar um processo anteriormente não medido no decaimento radioativo de potássio-40 para argônio-40 envolvendo um tipo raro de captura de elétrons. Crédito:Colaboração KDK Alguns núcleos de certos elementos decaem radioativamente em núcleos de diferentes elementos. Essas decadências podem ser úteis ou irritantes dependendo do contexto. Isto é especialmente verdadeiro para o potássio-40. Este isótopo geralmente decai para cálcio-40, mas cerca de 10% das vezes decai para argônio-40.
Este caminho de decaimento envolve um processo chamado captura de elétrons, que fornece informações sobre a estrutura nuclear. Também pode determinar a idade de objetos geológicos em escalas de tempo de bilhões de anos, porque o potássio-40 tem uma meia-vida muito longa. A longa meia-vida torna um desafio encontrar maneiras adicionais de decaimento do potássio-40.
Agora, uma campanha de um mês fez as primeiras observações diretas de um caminho de decaimento muito raro, mas crítico, do potássio-40 para o argônio-40. O resultado pode melhorar a compreensão dos cientistas sobre os processos físicos e aumentar a precisão da datação geológica. A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters e Revisão Física C .
A maioria dos decaimentos de captura de elétrons do potássio-40 levam a uma forma excitada de argônio-40. A Colaboração Potassium Decay (KDK) mediu um decaimento de captura de elétrons raro e teoricamente calculado que, em vez disso, leva ao estado fundamental do potássio-40. Os cálculos teóricos possuem uma ampla gama de previsões. Esta faixa limita o uso de potássio-40 para determinar a idade das características geológicas e do sistema solar.
O resultado experimental da equipe reduz esse intervalo. O resultado também melhora as estimativas das propriedades do potássio que os cientistas precisam para certos experimentos de física.
Finalmente, o resultado sugere que o decaimento beta duplo sem neutrinos ocorre em taxas inferiores às esperadas para núcleos de elementos leves.
Os núcleos radioativos decaem por um ou mais modos, e esses decaimentos resultam em isótopos mais estáveis. A Colaboração KDK mediu um raro ramo de decaimento do potássio-40 na Instalação de Feixe de Íons Radioativos Holifield do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) usando o arranjo KDK (K =Potássio DK =Decaimento). O conjunto KDK consiste no espectrômetro modular de absorção total do ORNL, acoplado a um detector de raios X de desvio de silício especialmente projetado.
Quantificar as taxas de decaimento do potássio-40 e seus ramos de decaimento é difícil porque devem ser feitas medições do núcleo parental e de um número suficiente de descendentes raros. A Colaboração KDK estudou um subconjunto de potássio-40 que decai em argônio-40 por captura de elétrons, o que representa cerca de 10% de todos os decaimentos de potássio-40.
Embora a maioria dos decaimentos de captura de elétrons do potássio-40 emitam um raio gama característico que é o pano de fundo na maioria dos experimentos, um pequeno subconjunto desses decaimentos ocorre sem qualquer emissão de raios gama. Isso acontece quando o potássio-40 captura um elétron que vai diretamente para o estado fundamental do argônio-40.
A Colaboração KDK fez a primeira medição direta desta decadência. A conquista indica que outras taxas de decaimento também podem precisar de reavaliação. O raro ramo de decaimento que a Colaboração KDK identificou e mediu fornece evidências experimentais únicas dos chamados decaimentos beta proibidos, afeta as previsões da estrutura nuclear e elimina uma incerteza de longa data para estimativas de idade geológica e do sistema solar baseadas em potássio.
As descobertas também melhoram a avaliação do contexto presente em experimentos que buscam uma nova física além do Modelo Padrão.
