I ricercatori UTA stanno guidando un team internazionale che sta sviluppando un nuovo dispositivo che potrebbe consentire ai fisici di fare il prossimo passo verso una maggiore comprensione del neutrino, una particella subatomica che potrebbe offrire una risposta al persistente mistero dello squilibrio materia-antimateria dell'universo.

La fisica ci dice che la materia viene creata fianco a fianco con l'antimateria. Ma se materia e antimateria sono prodotte allo stesso modo, allora tutta la materia creata nell'universo primordiale avrebbe dovuto essere cancellata da uguali quantità di antimateria, eliminare istantaneamente l'esistenza stessa. E noi non esisteremmo.

Per spiegare questa asimmetria, alcuni fisici delle particelle affermano che la minuscola particella subatomica, il neutrino, e la sua particella di antimateria, l'antineutrino, sono infatti la stessa particella. Questo potrebbe spiegare l'eccesso complessivo di materia nell'universo nel suo insieme e il motivo per cui siamo qui.

I ricercatori dell'UTA stanno ora sfruttando una tecnica biochimica che utilizza la fluorescenza per rilevare gli ioni per identificare il prodotto di un decadimento radioattivo chiamato decadimento doppio beta senza neutrini che dimostrerebbe che il neutrino è la sua stessa antiparticella.

Il decadimento radioattivo è la rottura di un nucleo atomico che rilascia energia e materia dal nucleo. Il decadimento doppio beta ordinario è una modalità insolita di radioattività in cui un nucleo emette contemporaneamente due elettroni e due antineutrini. Però, se neutrini e antineutrini sono identici, allora i due antineutrini possono, in effetti, annullarsi a vicenda, con conseguente decadimento senza neutrini, con tutta l'energia ceduta ai due elettroni.

Per trovare questo decadimento doppio beta senza neutrini, gli scienziati stanno osservando un evento molto raro che si verifica circa una volta all'anno, quando un atomo di xeno decade e si converte in bario. Se si è verificato un decadimento doppio beta senza neutrini, ci si aspetterebbe di trovare uno ione di bario in coincidenza con due elettroni della giusta energia totale. Il nuovo rivelatore proposto dai ricercatori dell'UTA consentirebbe di identificare con precisione questo singolo ione di bario che accompagna le coppie di elettroni create all'interno di grandi quantità di gas xeno.

"Se osserviamo anche uno di questi eventi, sarebbe una scoperta profonda nella fisica delle particelle, alla pari con la scoperta del bosone di Higgs, " ha detto Ben Jones, assistente professore di fisica UTA, chi sta conducendo questa ricerca per la filiale americana del Neutrino Experiment with Xenon TPC - Time Projection Chamber o programma NEXT, che cerca il decadimento doppio beta senza neutrini. All'esperimento ATLAS hanno collaborato anche altri ricercatori UTA, che ha portato alla scoperta, vincitrice del premio Nobel, del bosone di Higgs nel 2012.

I ricercatori, che hanno pubblicato la loro scoperta lunedì in Lettere di revisione fisica , hanno dimostrato l'efficacia della loro tecnica su piccola scala e ora prevedono di utilizzare il dispositivo in un rivelatore su larga scala, che immaginano come una camera contenente una tonnellata di alta pressione, gas xeno purificato.

David Nygren, Professore distinto presidenziale dell'UTA di fisica e membro dell'Accademia nazionale delle scienze, ha avuto l'idea di osservare la fluorescenza quando si è reso conto di come i neuroscienziati usano la tecnica per osservare gli ioni di calcio che saltano da neurone a neurone nel cervello.

"Ho capito che calcio e bario non sono così diversi, quindi forse potremmo usare la stessa tecnica per cercare il decadimento doppio beta senza neutrini, " ha detto Nygren.

Le prime ricerche con lo studente laureato UTA Austin McDonald hanno identificato un composto chimico chiamato FLUO-3 che non solo funziona con ioni calcio, ma è anche sensibile al bario. Da li, il team ha ideato un dispositivo in grado di rivelare ioni di bario in un grande volume di xeno gassoso, che è stato dimostrato nel documento pubblicato.

"La bellezza di questa ricerca è che riunisce fisici e chimici nel generare nuove soluzioni creative per consentire scoperte nella fisica fondamentale, " ha affermato il presidente di fisica UTA Alex Weiss. "Questo lavoro dimostra chiaramente la capacità degli studenti e dei docenti di UTA di aprire la strada a progetti internazionali di fisica e rappresenta un importante esempio della ricerca di livello mondiale resa possibile dall'attenzione di UTA sulla scoperta guidata dai dati. "