Los investigadores de la UTA están liderando un equipo internacional que desarrolla un nuevo dispositivo que podría permitir a los físicos dar el siguiente paso hacia una mayor comprensión del neutrino. una partícula subatómica que puede ofrecer una respuesta al misterio persistente del desequilibrio materia-antimateria del universo.

La física nos dice que la materia se crea junto con la antimateria. Pero si la materia y la antimateria se producen por igual, entonces toda la materia creada en el universo primitivo debería haber sido cancelada por cantidades iguales de antimateria, eliminando la existencia misma al instante. Y no existiríamos.

Para explicar esta asimetría, algunos físicos de partículas afirman que la pequeña partícula subatómica, el neutrino, y su partícula de antimateria, el antineutrino, son de hecho la misma partícula. Esto podría explicar el exceso total de materia en el universo como un todo y por qué estamos aquí.

Los investigadores de la UTA ahora están aprovechando una técnica bioquímica que usa fluorescencia para detectar iones para identificar el producto de una desintegración radiactiva llamada desintegración doble beta sin neutrinos que demostraría que el neutrino es su propia antipartícula.

La desintegración radiactiva es la ruptura de un núcleo atómico que libera energía y materia del núcleo. La desintegración doble beta ordinaria es un modo inusual de radiactividad en el que un núcleo emite dos electrones y dos antineutrinos al mismo tiempo. Sin embargo, si los neutrinos y antineutrinos son idénticos, entonces los dos antineutrinos pueden, en efecto, cancelar el uno al otro, resultando en una desintegración sin neutrinos, con toda la energía dada a los dos electrones.

Para encontrar esta desintegración doble beta sin neutrinos, Los científicos están observando un evento muy raro que ocurre aproximadamente una vez al año, cuando un átomo de xenón se desintegra y se convierte en bario. Si se ha producido una desintegración doble beta sin neutrinos, esperaría encontrar un ion de bario en coincidencia con dos electrones de la energía total correcta. El nuevo detector propuesto por los investigadores de la UTA permitiría precisamente identificar este ión bario único que acompaña a los pares de electrones creados dentro de grandes cantidades de gas xenón.

"Si observamos incluso uno de esos eventos, sería un descubrimiento profundo en la física de partículas, a la par con el descubrimiento del bosón de Higgs, "dijo Ben Jones, Profesor asistente de física de la UTA, quien dirige esta investigación para la rama estadounidense del Experimento Neutrino con Xenon TPC - Cámara de proyección de tiempo o programa NEXT, que busca la desintegración doble beta sin neutrinos. Otros investigadores de la UTA también colaboraron en el experimento ATLAS, lo que llevó al descubrimiento del bosón de Higgs, ganador del Premio Nobel, en 2012.

Los investigadores, que publicaron su descubrimiento el lunes en Cartas de revisión física , han demostrado la eficacia de su técnica a pequeña escala y ahora planean utilizar el dispositivo en un detector a gran escala, que imaginan como una cámara que contiene una tonelada de alta presión, gas xenón purificado.

David Nygren, Profesor Distinguido Presidencial de Física de la UTA y miembro de la Academia Nacional de Ciencias, Tuvo la idea de observar la fluorescencia cuando se dio cuenta de cómo los neurocientíficos usan la técnica para observar los iones de calcio que saltan de una neurona a otra en el cerebro.

"Me di cuenta de que el calcio y el bario no son tan diferentes, así que quizás podríamos usar la misma técnica para buscar la desintegración doble beta sin neutrinos, "Dijo Nygren.

Las primeras investigaciones con el estudiante graduado de la UTA Austin McDonald identificaron un compuesto químico llamado FLUO-3 que no solo funciona con iones de calcio sino que también es sensible al bario. Desde allí, el equipo ideó un dispositivo que podría revelar iones de bario en un gran volumen de xenón gaseoso, que fue probado en el artículo publicado.

"La belleza de esta investigación es que reúne a físicos y químicos en la generación de nuevas soluciones creativas para permitir descubrimientos en física fundamental, ", dijo el presidente de física de la UTA Alex Weiss." Este trabajo demuestra claramente la capacidad de los estudiantes y profesores de la UTA para liderar el camino en proyectos internacionales de física y representa un ejemplo importante de la investigación de clase mundial habilitada por el enfoque de la UTA en el descubrimiento basado en datos. "