Esta ruta de desintegración implica un proceso llamado captura de electrones que proporciona información sobre la estructura nuclear. También puede determinar la edad de los objetos geológicos en escalas de tiempo de miles de millones de años, porque el potasio-40 tiene una vida media muy larga. La larga vida media hace que sea difícil encontrar formas adicionales de desintegración del potasio-40.

Ahora, una campaña de un mes de duración realizó las primeras observaciones directas de una ruta de desintegración muy rara pero crítica del potasio-40 a argón-40. El resultado puede mejorar la comprensión de los científicos sobre los procesos físicos y aumentar la precisión de la datación geológica. La investigación se publica en la revista Physical Review Letters. y Revisión física C .

La mayoría de las desintegraciones por captura de electrones del potasio-40 conducen a una forma excitada de argón-40. La colaboración sobre la desintegración del potasio (KDK) midió una rara desintegración de captura de electrones calculada teóricamente que, en cambio, conduce al estado fundamental del potasio-40. Los cálculos teóricos tienen una amplia gama de predicciones. Este rango limita el uso de potasio-40 para determinar la edad de las características geológicas y del sistema solar.

El resultado experimental del equipo reduce este rango. El resultado también mejora las estimaciones de las propiedades del potasio que los científicos necesitan para ciertos experimentos de física.

Finalmente, el resultado sugiere que la desintegración doble beta sin neutrinos se produce a velocidades inferiores a las esperadas para los núcleos de elementos ligeros.

Los núcleos radiactivos se desintegran en uno o más modos, y estas desintegraciones dan como resultado isótopos más estables. La colaboración KDK midió una rara rama de desintegración del potasio-40 en la instalación de haz de iones radiactivos Holifield del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) utilizando la matriz KDK (K =potasio DK =desintegración). La matriz KDK consta del espectrómetro modular de absorción total de ORNL, junto con un detector de rayos X de deriva de silicio especialmente diseñado.

Cuantificar las tasas de desintegración del potasio-40 y sus ramas de desintegración es difícil porque se deben realizar mediciones del núcleo original y de un número suficiente de descendientes raros. La colaboración KDK estudió un subconjunto de potasio-40 que se desintegra en argón-40 mediante captura de electrones, lo que representa aproximadamente el 10 % de todas las desintegraciones de potasio-40.

Si bien la mayoría de las desintegraciones por captura de electrones del potasio-40 emiten un rayo gamma característico que es un fondo en la mayoría de los experimentos, un pequeño subconjunto de estas desintegraciones ocurre sin ninguna emisión de rayos gamma. Esto sucede cuando el potasio-40 captura un electrón que va directamente al estado fundamental de argón-40.

La colaboración KDK realizó la primera medición directa de esta decadencia. El logro indica que es posible que también sea necesario reevaluar otras tasas de deterioro. La rara rama de desintegración que identificó y midió la colaboración KDK proporciona evidencia experimental única de las llamadas desintegraciones beta prohibidas, afecta las predicciones de la estructura nuclear y elimina una incertidumbre de larga data para las estimaciones de la edad del sistema solar y geológicas basadas en potasio.

Los hallazgos también mejoran la evaluación de los antecedentes presentes en los experimentos que buscan nueva física más allá del modelo estándar.