Un elemento che potrebbe contenere la chiave del mistero di lunga data sul perché c'è molta più materia che antimateria nel nostro Universo è stato scoperto da un team di fisici guidato dall'Università della Scozia occidentale (UWS).

Gli accademici dell'UWS e dell'Università di Strathclyde hanno scoperto, in una ricerca pubblicata sulla rivista Fisica della natura , che uno degli isotopi dell'elemento torio possiede il nucleo più piriforme ancora da scoprire. I nuclei simili al torio-228 potrebbero ora essere utilizzati per eseguire nuovi test per cercare di trovare la risposta al mistero che circonda la materia e l'antimateria.

Il dottor David O'Donnell di UWS, chi ha guidato il progetto, ha dichiarato:"La nostra ricerca mostra che, con buone idee, esperimenti di fisica nucleare leader a livello mondiale possono essere eseguiti nei laboratori universitari.

"Questo lavoro aumenta gli esperimenti che i fisici nucleari dell'UWS stanno conducendo in grandi strutture sperimentali in tutto il mondo. Essere in grado di eseguire esperimenti come questo fornisce un'eccellente formazione per i nostri studenti".

La fisica spiega che l'Universo è composto da particelle fondamentali come gli elettroni che si trovano in ogni atomo. Il modello standard, la migliore teoria che i fisici hanno per descrivere le proprietà subatomiche di tutta la materia nell'Universo, predice che ogni particella fondamentale può avere un'antiparticella simile. Collettivamente le antiparticelle, che sono quasi identici alle loro controparti di materia tranne che portano carica opposta, sono conosciuti come antimateria.

Secondo il Modello Standard, materia e antimateria avrebbero dovuto essere create in quantità uguali al momento del Big Bang, eppure il nostro Universo è fatto quasi interamente di materia.

In teoria, un momento di dipolo elettrico (EDM) potrebbe consentire a materia e antimateria di decadere a velocità diverse, fornendo una spiegazione per l'asimmetria nella materia e nell'antimateria nel nostro universo.

I nuclei a forma di pera sono stati proposti come sistemi fisici ideali in cui cercare l'esistenza di un EDM in una particella fondamentale come un elettrone. La forma a pera significa che il nucleo genera un EDM avendo i protoni e i neutroni distribuiti in modo non uniforme in tutto il volume nucleare.

Attraverso esperimenti condotti nei laboratori del Paisley Campus di UWS, i ricercatori hanno scoperto che i nuclei negli atomi di torio-228 hanno la forma a pera più pronunciata mai scoperta finora. Di conseguenza, nuclei come il torio-228 sono stati identificati come candidati ideali per ricercare l'esistenza di un EDM.

Il team di ricerca era composto dal Dr. O'Donnell, Dottor Michael Bowry, Dott. Bondili Sreenivasa Nara Singh, Professor Marcus Scheck, Il Professor John F Smith e il Dr. Pietro Spagnoletti della School of Computing di UWS, Ingegneria e Scienze Fisiche; e il professor Dino Jaroszynski dell'Università di Strathclyde, e dottorato di ricerca gli studenti Majid Chishti e Giorgio Battaglia.

Professor Dino Jaroszynski, Direttore dello Scottish Centre for the Application of Plasma-based Accelerators (SCAPA) presso l'Università di Strathclyde, ha dichiarato:"Questo sforzo di collaborazione, che si avvale dell'esperienza di un gruppo eterogeneo di scienziati, è un eccellente esempio di come lavorare insieme possa portare a un importante passo avanti. Evidenzia lo spirito collaborativo all'interno della comunità fisica scozzese promosso dalla Scottish University Physics Alliance (SUPA) e pone le basi per i nostri esperimenti collaborativi presso SCAPA".

Gli esperimenti sono iniziati con un campione di torio-232, che ha un'emivita di 14 miliardi di anni, il che significa che decade molto lentamente. La catena di decadimento di questo nucleo crea stati eccitati quantomeccanici del nucleo torio-228. Tali stati decadono entro nanosecondi dalla creazione, emettendo raggi gamma.

Il Dr. O'Donnell e il suo team hanno utilizzato rivelatori scintillatori all'avanguardia altamente sensibili per rilevare questi decadimenti ultra rari e veloci. Con un'attenta configurazione dei rilevatori e dell'elettronica di elaborazione del segnale, il team di ricerca è stato in grado di misurare con precisione la durata degli stati quantistici eccitati, con una precisione di due trilionesimi di secondo. Più breve è la durata dello stato quantico, più pronunciata è la forma a pera del nucleo di torio-228, offrendo ai ricercatori una migliore possibilità di trovare un EDM.