Un elemento que podría contener la clave del misterio de larga data en torno a por qué hay mucha más materia que antimateria en nuestro Universo ha sido descubierto por un equipo de físicos de la Universidad del Oeste de Escocia (UWS).

Los académicos de UWS y de la Universidad de Strathclyde han descubierto, en investigaciones publicadas en la revista Física de la naturaleza , que uno de los isótopos del elemento torio posee el núcleo más en forma de pera por descubrir. Es posible que ahora se puedan utilizar núcleos similares al torio-228 para realizar nuevas pruebas y tratar de encontrar la respuesta al misterio que rodea a la materia y la antimateria.

Dr. David O'Donnell de UWS, quien lideró el proyecto, dijo:"Nuestra investigación muestra que, con buenas ideas, Los experimentos de física nuclear líderes en el mundo se pueden realizar en laboratorios universitarios.

"Este trabajo aumenta los experimentos que los físicos nucleares de la UWS están llevando a cabo en grandes instalaciones experimentales de todo el mundo. Poder realizar experimentos como este proporciona una formación excelente para nuestros estudiantes".

La física explica que el Universo está compuesto por partículas fundamentales como los electrones que se encuentran en cada átomo. El modelo estándar, la mejor teoría que tienen los físicos para describir las propiedades subatómicas de toda la materia del Universo, predice que cada partícula fundamental puede tener una antipartícula similar. Colectivamente las antipartículas, que son casi idénticos a sus contrapartes de materia excepto que llevan carga opuesta, se conocen como antimateria.

Según el modelo estándar, la materia y la antimateria deberían haberse creado en cantidades iguales en el momento del Big Bang; sin embargo, nuestro Universo está compuesto casi en su totalidad por materia.

En teoria, un momento dipolar eléctrico (EDM) podría permitir que la materia y la antimateria se desintegraran a diferentes velocidades, proporcionando una explicación de la asimetría en materia y antimateria en nuestro universo.

Los núcleos en forma de pera se han propuesto como sistemas físicos ideales en los que buscar la existencia de un EDM en una partícula fundamental como un electrón. La forma de pera significa que el núcleo genera un EDM al tener los protones y neutrones distribuidos de manera no uniforme por todo el volumen nuclear.

A través de experimentos llevados a cabo en laboratorios en el campus de Paisley de UWS, Los investigadores han descubierto que los núcleos de los átomos de torio-228 tienen la forma de pera más pronunciada que se haya descubierto hasta ahora. Como resultado, núcleos como el torio-228 han sido identificados como candidatos ideales para buscar la existencia de un EDM.

El equipo de investigación estuvo integrado por el Dr. O'Donnell, Dr. Michael Bowry, Dra. Bondili Sreenivasa Nara Singh, Profesor Marcus Scheck, El profesor John F Smith y el Dr. Pietro Spagnoletti de la Escuela de Computación de UWS, Ingeniería y Ciencias Físicas; y el profesor Dino Jaroszynski de la Universidad de Strathclyde, y Ph.D. estudiantes Majid Chishti y Giorgio Battaglia.

Profesor Dino Jaroszynski, Director del Centro Escocés para la Aplicación de Aceleradores basados ​​en Plasma (SCAPA) en la Universidad de Strathclyde, dijo:"Este esfuerzo de colaboración, que se basa en la experiencia de un grupo diverso de científicos, es un excelente ejemplo de cómo trabajar juntos puede conducir a un gran avance. Destaca el espíritu de colaboración dentro de la comunidad de física escocesa fomentado por la Scottish University Physics Alliance (SUPA) y sienta las bases para nuestros experimentos de colaboración en SCAPA ".

Los experimentos comenzaron con una muestra de torio-232, que tiene una vida media de 14 mil millones de años, lo que significa que decae muy lentamente. La cadena de desintegración de este núcleo crea estados excitados de la mecánica cuántica del núcleo torio-228. Tales estados decaen en nanosegundos de ser creados, emitiendo rayos gamma.

El Dr. O'Donnell y su equipo utilizaron detectores de centelleo de última generación altamente sensibles para detectar estas desintegraciones rápidas y ultra raras. Con una configuración cuidadosa de detectores y electrónica de procesamiento de señales, el equipo de investigación ha podido medir con precisión la vida útil de los estados cuánticos excitados, con una precisión de dos billonésimas de segundo. Cuanto más corta es la vida útil del estado cuántico, más pronunciada es la forma de pera del núcleo de torio-228, lo que brinda a los investigadores una mejor oportunidad de encontrar una electroerosión.