UTA-onderzoekers leiden een internationaal team dat een nieuw apparaat ontwikkelt waarmee natuurkundigen de volgende stap kunnen zetten naar een beter begrip van het neutrino, een subatomair deeltje dat een antwoord kan bieden op het slepende mysterie van de onbalans tussen materie en antimaterie in het universum.

De natuurkunde vertelt ons dat materie naast antimaterie wordt gecreëerd. Maar als materie en antimaterie gelijk worden geproduceerd, dan zou alle materie die in het vroege heelal is geschapen, door gelijke hoeveelheden antimaterie teniet zijn gedaan, het bestaan ​​zelf onmiddellijk elimineren. En we zouden niet bestaan.

Om deze asymmetrie te verklaren, sommige deeltjesfysici beweren dat het kleine subatomaire deeltje, het neutrino, en zijn antimateriedeeltje, de antineutrino, zijn in feite hetzelfde deeltje. Dit zou de algemene overmaat aan materie in het universum als geheel kunnen verklaren - en waarom we hier zijn.

UTA-onderzoekers maken nu gebruik van een biochemische techniek die fluorescentie gebruikt om ionen te detecteren om het product te identificeren van een radioactief verval dat neutrinoloos dubbel-beta-verval wordt genoemd en dat zou aantonen dat het neutrino zijn eigen antideeltje is.

Radioactief verval is de afbraak van een atoomkern waarbij energie en materie uit de kern vrijkomt. Gewoon dubbel-bèta-verval is een ongebruikelijke vorm van radioactiviteit waarbij een kern twee elektronen en twee antineutrino's tegelijkertijd uitzendt. Echter, als neutrino's en antineutrino's identiek zijn, dan kunnen de twee antineutrino's, in werkelijkheid, elkaar opzeggen, resulterend in een neutrinoloos verval, met alle energie die aan de twee elektronen wordt gegeven.

Om dit neutrinoloze dubbel-bèta-verval te vinden, wetenschappers kijken naar een zeer zeldzame gebeurtenis die ongeveer een keer per jaar plaatsvindt, wanneer een xenon-atoom vervalt en wordt omgezet in barium. Als er een neutrinoloos dubbel-bèta-verval heeft plaatsgevonden, je zou verwachten dat een bariumion samenvalt met twee elektronen met de juiste totale energie. De door UTA-onderzoekers voorgestelde nieuwe detector zou het precies mogelijk maken om dit enkele bariumion te identificeren dat gepaard gaat met elektronenparen die in grote hoeveelheden xenongas worden gecreëerd.

"Als we zelfs maar één zo'n gebeurtenis waarnemen, het zou een diepgaande ontdekking zijn in de deeltjesfysica, vergelijkbaar met de ontdekking van het Higgs-deeltje, " zei Ben Jones, UTA universitair docent natuurkunde, die dit onderzoek leidt voor de Amerikaanse tak van het Neutrino Experiment met Xenon TPC - Time Projection Chamber of NEXT-programma, die zoekt naar neutrinoloos dubbel-bèta-verval. Ook andere UTA-onderzoekers werkten mee aan het ATLAS-experiment, wat leidde tot de Nobelprijswinnende ontdekking van het Higgs-deeltje in 2012.

De onderzoekers, die hun ontdekking maandag publiceerden in Fysieke beoordelingsbrieven , hebben de effectiviteit van hun techniek op kleine schaal aangetoond en zijn nu van plan het apparaat in een grootschalige detector te gebruiken, die ze zien als een kamer met een ton hogedruk, gezuiverd xenongas.

David Nygren, UTA Presidential Distinguished Professor of Physics en lid van de National Academy of Sciences, kwam op het idee om naar fluorescentie te kijken toen hij zich realiseerde hoe neurowetenschappers de techniek gebruiken om te kijken naar calciumionen die van neuron naar neuron in de hersenen springen.

"Ik realiseerde me dat calcium en barium niet zo verschillend zijn, dus misschien kunnen we dezelfde techniek gebruiken om te zoeken naar neutrinoloos dubbel-bèta-verval, ' zei Nygren.

Vroeg onderzoek met UTA-afgestudeerde student Austin McDonald identificeerde een chemische verbinding genaamd FLUO-3 die niet alleen werkt met calciumionen, maar ook gevoelig is voor barium. Vanaf daar, het team bedacht een apparaat dat bariumionen kan onthullen in een grote hoeveelheid gasvormig xenon, wat werd bewezen in het gepubliceerde artikel.

"Het mooie van dit onderzoek is dat het natuurkundigen en scheikundigen samenbrengt bij het genereren van creatieve nieuwe oplossingen om ontdekkingen in de fundamentele natuurkunde mogelijk te maken, "Dit werk toont duidelijk het vermogen aan van studenten en docenten van UTA om het voortouw te nemen in internationale natuurkundeprojecten en is een belangrijk voorbeeld van het onderzoek van wereldklasse dat mogelijk wordt gemaakt door UTA's focus op datagestuurde ontdekking. "