كيف نسمع اضمحلالًا أخفت من السكون ✎

الأصل: "Search for neutrinoless quadruple beta decay of $$^{136}$$Xe in PandaX-4T detector"
arXiv:2609.10048v1 · 2026-09-09 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 1 دقيقة
استمع العلماء طوال عام كامل إلى 148 كيلوغرامًا من الزينون لالتقاط اضمحلال يحدث أقل من مرة كل تريليون سنة، فلم يسمعوا شيئًا.

في غرفة صاخبة يصعب سماع سقوط إبرة. استمع فيزيائيو تعاونية PandaX-4T طوال عام كامل إلى الزينون السائل، آملين التقاط حدث أخفت من ذلك: اضمحلال نواة الزينون-136، حيث تنطلق أربعة إلكترونات دفعة واحدة دون أن يظهر أي نيوترينو. هذا الاضمحلال نادر إلى حد أنه في كيلوغرام واحد من الزينون على مدى عام كامل قد يضمحل أقل من ذرة واحدة.

لماذا يهم هذا؟ الاضمحلال المزدوج بيتا المعتاد دون نيوترينو سيشير إلى أن النيوترينو هو جسيمته المضادة نفسها. لكنه لم يُعثر عليه. أما الاضمحلال الرباعي فممكن أيضًا في السيناريو الآخر، حيث يختلف النيوترينو عن جسيمته المضادة. فإذا وُجد الاضمحلال الرباعي ولم يوجد المزدوج، فسيكون ذلك تلميحًا.

كان الكاشف مدفونًا عميقًا تحت الأرض، حيث تمتص الصخور ضجيج الأشعة الكونية. جمع العلماء بيانات تعادل 148,4 كيلوغرام-سنة، أي كما لو أنهم استمعوا إلى كيلوغرام واحد من الزينون-136 مدة 148 عامًا. ثم قارنوا الإشارة المسجلة بما كانوا يتوقعونه من الاضمحلال، وبالضجيج الناتج عن الشوائب واضمحلالات أخرى وحتى النيوترينوات الشمسية. فتبين أنه لا توجد إشارة، بل ضجيج فقط. لكن غياب الإشارة نتيجة أيضًا. صار معروفًا الآن: إذا كان هذا الاضمحلال يحدث فعلًا، فإن عمر النصف الخاص به يتجاوز 6,01×10²⁴ سنة. وهذا أشبه بانتظار سقوط إبرة أطول من عمر الكون بـ 400 تريليون مرة.

عمر النصف 6,01×10²⁴ سنة أكبر من عمر الكون بـ 400 تريليون مرة. ولو حدث هذا الاضمحلال، لما اضمحل في كيلوغرام من الزينون-136 أكثر من ذرة واحدة في السنة.

في رواية «مشكلة الأجسام الثلاثة» لليو تسيشين، تُستخدم النيوترينوات للتواصل مع حضارة خارج الأرض. والبحث عن أندر الاضمحلالات، مثل 0ν4β، يشبه محاولات التقاط إشارات تكاد لا تُحس من أعماق عالم الجسيمات الدقيقة.

T_{1/2}^{0\nu4\beta} > 6.01 \times 10^{24} \ \text{yr} \ (90\% \ \text{C.L.})
باحتمال 90%، عمر النصف الحقيقي أكبر من القيمة المذكورة.
العلماء
Paul DiracMarie CurieEnrico FermiChien-Shiung Wu
المفاهيم
النيوترينومعادلة ديراك