Cel mai rar eveniment din istorie: cum au văzut fizicienii un atom dezintegrându-se, deși ar fi trebuit să aștepte un trilion de vieți ale Universului

Într-un experiment conceput pentru a vâna materia întunecată, fizicienii au observat cel mai rar eveniment din istorie: dezintegrarea unui atom de xenon-124, al cărui timp de înjumătățire este de un trilion de ori mai mare decât vârsta universului. Această observație paradoxală nu doar că a măsurat un proces de o lentoare cosmică, dar ne forțează să regândim natura timpului, a materiei și a norocului statistic la scară atomică.

Imaginați-vă că așteptați un eveniment atât de rar, încât ar trebui să se întâmple o singură dată la fiecare trilion de vieți ale universului. Acum, imaginați-vă că îl vedeți petrecându-se chiar în fața ochilor voștri. Aceasta nu este o ghicitoare filozofică, ci exact ceea ce au experimentat fizicienii de la XENON Collaboration, devenind martorii celui mai lent și mai improbabil spectacol din istoria cunoscută.^[sursa]

Cel mai rar eveniment din istorie: ce înseamnă un timp de înjumătățire cosmic?

În anul 2019, în adâncurile laboratorului subteran Gran Sasso din Italia, detectorul XENON1T, proiectat să vâneze misterioasa materie întunecată, a înregistrat ceva complet neașteptat. Un atom de xenon-124, unul dintre trilioanele de atomi din detector, s-a dezintegrat.

Pentru a înțelege magnitudinea acestui moment, trebuie să vorbim despre „timpul de înjumătățire” – perioada necesară pentru ca jumătate dintr-o mostră de material radioactiv să se descompună. În cazul uraniului, vorbim de 4,5 miliarde de ani. În cazul xenonului-124, timpul de înjumătățire estimat este de 18 miliarde de trilioane de ani (1.8 x 10²² ani). Este o durată de peste un trilion de ori mai mare decât vârsta actuală a Universului. Evenimentul observat a fost, literalmente, cel mai rar proces fizic surprins vreodată în acțiune.^[studiu]

Paradoxul statistic: cum vezi imposibilul?

Cum este posibil, așadar, să observi un eveniment care, teoretic, nu ar trebui să se întâmple pe parcursul existenței umane, sau chiar a existenței Universului? Răspunsul stă în puterea numerelor mari.

Detectorul XENON1T nu conținea câțiva atomi, ci două tone metrice de xenon lichid, ceea ce se traduce printr-un număr aproape de neimaginat de atomi: aproximativ 10.000 de trilioane de trilioane (10²⁸). Chiar dacă pentru un singur atom șansa de a se dezintegra este infimă, atunci când ai un număr atât de colosal de „candidați”, probabilitatea ca unul dintre ei să o facă într-un interval de timp observabil crește exponențial. Este ca și cum ai avea trilioane de bilete la loto; chiar dacă șansa de câștig pentru un singur bilet este minusculă, cu suficiente bilete, cineva, undeva, va câștiga. În 177 de zile de colectare a datelor, echipa a observat aproximativ 9 astfel de evenimente.

O fereastră către destinul materiei

Observarea dezintegrării xenonului-124 nu este doar o curiozitate statistică. Ea confirmă experimental teorii fizice și ne oferă o unealtă pentru a înțelege stabilitatea materiei. Mai mult, ne pune în context o altă căutare, chiar și mai profundă: dezintegrarea protonului.

Unele teorii fundamentale ale fizicii prezic că până și protonii, particulele pe care le considerăm cărămizile stabile ale materiei, s-ar putea dezintegra în cele din urmă. Până acum, nu am observat niciodată acest lucru, ceea ce înseamnă că, dacă se întâmplă, timpul de înjumătățire al protonului este de cel puțin 100 de miliarde de ori mai mare decât cel al xenonului-124. Căutarea acestor evenimente ultra-rare este ca și cum am privi către sfârșitul timpului, încercând să înțelegem soarta finală a tot ceea ce ne înconjoară.

Dacă până și materia pe care o considerăm eternă are, de fapt, o dată de expirare de o lentoare inimaginabilă, ce înseamnă cu adevărat „permanent” în acest Univers și care este, în final, destinul materiei însăși?