Kể từ khi được phát hiện vào ngày 27 tháng 2 năm 1940 đến nay, đồng vị Carbon-14 luôn được sử dụng để xác định niên đại của các di vật khảo cổ (từ các đồ cổ cho đến cả di thể vượn người tối cổ ...), vì nó (C-14) có chu kỳ bán rã siêu lâu: Tận 5730 năm!!!
Từ lâu chúng ta đã biết như vậy, nhưng vì sao? Vì sao chu kỳ bán rã của C-14 lại lên tới tận 5730 năm; trong khi hầu hết các đồng vị phóng xạ khác đều có chu kỳ bán rã chưa đến 1 ngày ??
Ông Pieter Maris và các cộng sự đã tìm được câu trả lời cho câu hỏi trên; tin đăng trên www.newscientist.com:
Quantum quirk makes carbon dating possible

RADIOCARBON dating relies on carbon-14 to decode an object's age, but the isotope has steadfastly refused to divulge the key to its own unusual longevity. The answer, it seems, lies in the bizarre rules of quantum physics.
Carbon-14 decays with a half-life of 5730 years, so it is often used to date objects up to about 50,000 years old (anything older would have negligible amounts of the stuff).
But most other atoms that decay in the same way - by converting one of their neutrons into a proton - disappear in less than a day. So what's different about carbon-14?
The nucleus of the carbon-14 isotope has six protons and eight neutrons. When it decays, one of the neutrons turns into a proton, and also releases an electron and a neutrino. The result is a nitrogen-14 nucleus with seven protons and seven neutrons.
But in the weird world of quantum mechanics, an atomic nucleus is not a single object. Instead, multiple ghost-like states of the nucleus with different amounts of angular momentum coexist at the same time. It has long been known that in carbon-14, two of these doppelgänger states are constantly trying to decay into nitrogen-14.
As in other quantum processes, the results of these two potential decays combine like waves, which can either reinforce or cancel each other out. The bigger the resulting wave, the more likely the decay.
Now Pieter Maris of Iowa State University in Ames and colleagues have performed the most detailed calculations of the process yet, and found that the resulting waves happen to cancel out to almost nothing (Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.202502).
The near-perfect cancellation means carbon-14 has a low probability of decay, giving it its unusual lifetime. "One can now say confidently that the problem is solved," says Jeremy Holt of the Technical University Munich, Germany.
A similar effect might explain the unexpectedly long life of beryllium-10, says team member James Vary, also of Iowa State University.
Vì khả năng dịch vật lý kém nên mình trích dẫn nguyên bài, cùng một số lược dịch đã nêu trên. Mong được sự trợ giúp dịch thuật đến từ các bạn viện Vật lý kỹ thuật - Vật lý hạt nhân.
====
Bên lề: Về việc tại sao dùng C-14 để xác định niên đại của các di vật khảo cổ, mà không phải một thứ khác? thì câu trả lời là (theo Hóa Học Vui):
Cơ sở của việc xác định niên đại bằng cacbon-14 là quá trình tạo thành cacbon-14 đồng thời với quá trình phân rã nó. Cacbon-14 được liên tục hình thành trên tầng cao của khí quyển bởi sự va chạm của nơtron với nguyên tử nitơ
Các nơtron được sinh ra khi các tia vũ trụ có năng lượng rất lớn va đập vào nguyên tử và phá vỡ nó thành nhiều mảnh.
Cùng lúc cacbon-14 mới được tạo thành, các đồng vị cacbon -14 đã có sẵn bị phân rã thành nitơ () bằng sự phóng xạ
Do sự phân rã và hình thành xảy ra đồng thời trong khí quyển nên khí quyển luôn chứa một lượng cacbon - 14 với một lượng không đổi dưới dạng . Lượng này thâm nhập vào cây cỏ thông qua quá trình quang hợp của cây và từ cây cỏ chuyển sang động vật. Như vậy, tất cả mọi sinh vật đều có một tỉ lệ không đổi cacbon -14.
Bây giờ, khi động vật và thực vật chết đi thì sự hấp thụ thay thế cacbon-14 bị ngừng lại nhưng sự phân rã cacbon-14 vẫn tiếp tục. Giả sử cacbon-14 chiếm x% tổng số cacbon trong cơ thể sinh vật. Sau khi sinh vật chết đi khoảng 5700 năm (chu kì bán huỷ của cacbon-14), lượng cacbo -14 chỉ còn một nửa tức là x/2%. Sau 5700 năm nữa thì lượng cacbon-14 còn lại là x/4%. Chỉ cần so sánh nồng độ của cacbon-14 chứa trong một mẫu vật khảo cổ với nồng độ của cacbon-14 trong những vật liệu tương tự trong thời hiện tại là có thể tính được tuổi của mẫu vật nghiên cứu.