Het bepalen van kenmerken van het ongrijpbare deeltje dat bekend staat als een neutrino - door de observatie van een uiterst zeldzaam nucleair proces genaamd neutrinoloos dubbel-beta-verval (NDBD) - zou een glimp kunnen opvangen van de aard van het universum tijdens de vroegste momenten van de oerknal.

Als onderdeel van een internationale samenwerking, Wetenschappers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben het volgende Enriched Xenon Observatory (nEXO) -experiment voorgesteld, een kandidaat voor de volgende generatie NDBD-experimenten. Indien ontdekt, NDBD zou het bestaan ​​van een nieuw elementair deeltje aantonen, het Majorana-fermion. Deze ontdekking zou het standaardmodel van de deeltjesfysica kunnen hervormen en leiden tot een beter begrip van neutrino's en hun impact op de evolutie van het universum. Het onderzoek achter het experiment verschijnt in het tijdschrift Physical Review C.

NDBD is een theoretisch proces met een halfwaardetijd van meer dan 1016 keer de leeftijd van het universum en zou kunnen helpen bepalen of neutrino's hun eigen antideeltjes zijn en verklaren waarom, uit gelijke delen van materie en antimaterie, het universum evolueerde naar zijn huidige door materie gedomineerde staat.

Het ontwerp van de nEXO-detector - een 5 ton vloeibare xenon (Xe) tijdprojectiekamer (TPC) die gebruik maakt van 90 procent verrijkte 136Xe - maakt gebruik van de beste technologie voor de volgende fase van NDBD-onderzoek.

"Een competitieve toename van 2 orde-van-magnitude in NDBD-halfwaardetijdgevoeligheid ten opzichte van huidige experimenten is mogelijk" met behulp van de nEXO-detector, zei LLNL-wetenschapper Samuele Sangiorgio, hoofdauteur van het artikel. "We hebben nu veel vertrouwen in het ontwerp en de aanpak van nEXO, en we zullen deze zeldzame gebeurtenis kunnen meten."

Wetenschappers verwachten slechts ongeveer een dozijn verval te zien in een experiment van tien jaar. Vanwege deze zeer lage signaalsnelheid, valse signalen van achtergrondstraling en kosmische straling moeten zoveel mogelijk worden onderdrukt. "Het begrijpen van de achtergronden is de sleutel tot een overtuigend pleidooi voor een NDBD-experiment, en inderdaad is een van de belangrijkste aspecten van het papier, ' zei Sangiorgio.