Физика говорит нам, что материя создается бок о бок с антивеществом. Но если материя и антивещество производятся одинаково, тогда вся материя, созданная в ранней Вселенной, должна была быть компенсирована равным количеством антивещества, мгновенно уничтожив само существование. И нас бы не было.Чтобы объяснить эту асимметрию, некоторые физики-частицы утверждают, что крошечная субатомная частица, нейтрино, и ее частица антивещества, антинейтрино, на самом деле являются одной и той же частицей.
Это может объяснить общий избыток материи во Вселенной в целом — и то, почему мы здесь.Исследователи UTA теперь используют преимущества биохимического метода, который использует флуоресценцию для обнаружения ионов, чтобы идентифицировать продукт радиоактивного распада, называемого безнейтринным двойным бета-распадом, который продемонстрировал бы, что нейтрино является собственной античастицей.Радиоактивный распад — это распад атомного ядра с высвобождением энергии и вещества из ядра.
Обычный двойной бета-распад — это необычный режим радиоактивности, при котором ядро испускает два электрона и два антинейтрино одновременно. Однако, если нейтрино и антинейтрино идентичны, то два антинейтрино могут фактически нейтрализовать друг друга, что приведет к безнейтринному распаду со всей энергией, отданной двум электронам.Чтобы найти этот безнейтринный двойной бета-распад, ученые рассматривают очень редкое событие, которое происходит примерно раз в год, когда атом ксенона распадается и превращается в барий. Если произошел безнейтринный двойной бета-распад, можно было бы ожидать, что ион бария будет совпадать с двумя электронами правильной полной энергии.
Предложенный исследователями UTA новый детектор позволит точно идентифицировать этот единственный ион бария, сопровождающий пары электронов, созданные в больших количествах газообразного ксенона.«Если мы наблюдаем хотя бы одно такое событие, это было бы глубоким открытием в физике элементарных частиц, наравне с открытием бозона Хиггса», — сказал Бен Джонс, доцент физики UTA, который возглавляет это исследование для американского отделения Neutrino Experiment with Xenon TPC — Time Projection Chamber или программа NEXT, которая ищет безнейтринный двойной бета-распад. Другие исследователи UTA также участвовали в эксперименте ATLAS, который привел к открытию бозона Хиггса, получившего Нобелевскую премию в 2012 году.
Исследователи, опубликовавшие свое открытие в понедельник в Physical Review Letters, продемонстрировали эффективность своей техники в малых масштабах и теперь планируют использовать устройство в крупномасштабном детекторе, который, по их мнению, представляет собой камеру, содержащую тонну высокотемпературных материалов. давление, очищенный газ ксенон.Дэвид Нигрен, заслуженный профессор физики UTA и член Национальной академии наук, пришел к идее взглянуть на флуоресценцию, когда понял, как нейробиологи используют эту технику для изучения ионов кальция, которые переходят от нейрона к нейрону в головном мозге.
«Я понял, что кальций и барий не так уж и отличаются, поэтому, возможно, мы могли бы использовать ту же технику для поиска безнейтринного двойного бета-распада», — сказал Нигрен.Раннее исследование с аспирантом UTA Остином Макдональдом выявило химическое соединение под названием FLUO-3, которое не только работает с ионами кальция, но также чувствительно к барию. Оттуда команда разработала устройство, которое может обнаруживать ионы бария в большом объеме газообразного ксенона, что было доказано в опубликованной статье.
«Прелесть этого исследования в том, что оно объединяет физиков и химиков в создании новых творческих решений, которые сделают возможным открытия в фундаментальной физике», — сказал председатель кафедры физики UTA Алекс Вайс. «Эта работа наглядно демонстрирует способность студентов и преподавателей UTA быть лидером в международных проектах по физике и представляет собой важный пример исследований мирового уровня, которые стали возможными благодаря ориентации UTA на открытия, основанные на данных».