Ce chemin de désintégration implique un processus appelé capture d'électrons qui fournit des informations sur la structure nucléaire. Il peut également déterminer l’âge d’objets géologiques sur des échelles de temps de plusieurs milliards d’années, car le potassium 40 a une très longue demi-vie. La longue demi-vie rend difficile la recherche de moyens supplémentaires pour la désintégration du potassium-40.

Aujourd’hui, une campagne d’un mois a permis de réaliser les premières observations directes d’un chemin de désintégration très rare mais critique du potassium-40 en argon-40. Le résultat pourrait améliorer la compréhension des scientifiques des processus physiques et augmenter la précision de la datation géologique. La recherche est publiée dans la revue Physical Review Letters et Examen physique C .

La plupart des désintégrations du potassium-40 par capture électronique conduisent à une forme excitée d’argon-40. La collaboration Potassium Decay (KDK) a mesuré une désintégration rare et théoriquement calculée par capture d’électrons qui conduit à l’état fondamental du potassium-40. Les calculs théoriques comportent un large éventail de prédictions. Cette plage limite l'utilisation du potassium-40 pour déterminer l'âge des caractéristiques géologiques et du système solaire.

Le résultat expérimental de l’équipe réduit cette plage. Le résultat améliore également les estimations des propriétés du potassium dont les scientifiques ont besoin pour certaines expériences de physique.

Enfin, le résultat suggère que la double désintégration bêta sans neutrinos se produit à des taux plus faibles que prévu pour les noyaux d'éléments légers.

Les noyaux radioactifs se désintègrent selon un ou plusieurs modes, et ces désintégrations aboutissent à des isotopes plus stables. La collaboration KDK a mesuré une branche de désintégration rare du potassium-40 à l'installation de faisceaux d'ions radioactifs Holifield du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) à l'aide du réseau KDK (K =Potassium DK =Désintégration). Le réseau KDK se compose du spectromètre d'absorption totale modulaire d'ORNL, couplé à un détecteur de rayons X à dérive de silicium spécialement conçu.

Il est difficile de quantifier les taux de désintégration du potassium 40 et de ses branches de désintégration, car des mesures doivent être effectuées sur le noyau parent et sur un nombre suffisant de descendants rares. La collaboration KDK a étudié un sous-ensemble de potassium-40 qui se désintègre en argon-40 par capture d'électrons, ce qui représente environ 10 % de toutes les désintégrations du potassium-40.

Alors que la plupart des désintégrations par capture d'électrons du potassium 40 émettent un rayon gamma caractéristique qui constitue un arrière-plan dans la plupart des expériences, un petit sous-ensemble de ces désintégrations se produit sans aucune émission de rayons gamma. Cela se produit lorsque le potassium-40 capture un électron qui passe directement à l'état fondamental de l'argon-40.

La collaboration KDK a réalisé la première mesure directe de cette dégradation. Ce résultat indique que d’autres taux de dégradation pourraient également nécessiter une réévaluation. La branche de désintégration rare identifiée et mesurée par la collaboration KDK fournit des preuves expérimentales uniques de désintégrations bêta dites interdites, affecte les prévisions de la structure nucléaire et supprime une incertitude de longue date pour les estimations de l'âge géologique et du système solaire basées sur le potassium.

Les résultats améliorent également l'évaluation du contexte présent dans les expériences recherchant une nouvelle physique au-delà du modèle standard.