UTA-forskare leder ett internationellt team som utvecklar en ny enhet som kan göra det möjligt för fysiker att ta nästa steg mot en större förståelse av neutrinon, en subatomär partikel som kan erbjuda ett svar på det kvardröjande mysteriet med universums obalans mellan materia och antimateria.

Fysiken säger oss att materia skapas sida vid sida med antimateria. Men om materia och antimateria produceras lika, då borde all materia skapad i det tidiga universum ha utplånats av lika mängder antimateria, eliminera själva existensen omedelbart. Och vi skulle inte existera.

För att förklara denna asymmetri, vissa partikelfysiker hävdar att den lilla subatomära partikeln, neutrinon, och dess antimateria partikel, antineutrino, är i själva verket samma partikel. Detta kan förklara det totala överskottet av materia i universum som helhet – och varför vi är här.

UTA-forskare drar nu fördel av en biokemiteknik som använder fluorescens för att detektera joner för att identifiera produkten av ett radioaktivt sönderfall som kallas neutrinolöst dubbelbeta-sönderfall som skulle visa att neutrinon är sin egen antipartikel.

Radioaktivt sönderfall är nedbrytningen av en atomkärna som frigör energi och materia från kärnan. Vanligt dubbelbeta-sönderfall är ett ovanligt sätt av radioaktivitet där en kärna avger två elektroner och två antineutriner samtidigt. Dock, om neutriner och antineutriner är identiska, då kan de två antineutrinos, i själva verket, avbryta varandra, resulterar i ett neutrinofritt sönderfall, med all energi som ges till de två elektronerna.

För att hitta detta neutrinolösa dubbelbeta-sönderfall, forskare tittar på en mycket sällsynt händelse som inträffar ungefär en gång om året, när en xenonatom sönderfaller och omvandlas till barium. Om ett neutrinolöst dubbelbeta-sönderfall har inträffat, du skulle förvänta dig att hitta en bariumjon i sammanfallande med två elektroner med rätt totalenergi. UTA-forskares föreslagna nya detektor skulle göra det möjligt att identifiera denna enda bariumjon som åtföljer elektronpar som skapats i stora mängder xenongas.

"Om vi ​​observerar ens en sådan händelse, det skulle vara en djupgående upptäckt inom partikelfysik, i nivå med upptäckten av Higgs-bosonen, sa Ben Jones, UTA biträdande professor i fysik, vem leder denna forskning för den amerikanska grenen av Neutrino Experiment med Xenon TPC - Time Projection Chamber eller NEXT-programmet, som söker efter neutrinolöst dubbelbeta-sönderfall. Andra UTA-forskare samarbetade också i ATLAS-experimentet, vilket ledde till att den nobelprisbelönta upptäckten av Higgs-bosonen 2012.

Forskarna, som publicerade sin upptäckt i måndags Fysiska granskningsbrev , har visat effektiviteten av sin teknik i liten skala och planerar nu att använda enheten i en storskalig detektor, som de föreställer sig som en kammare som innehåller massor av högtryck, renad xenongas.

David Nygren, UTA Presidential Distinguished Professor of Physics och medlem av National Academy of Sciences, fick idén att titta på fluorescens när han insåg hur neuroforskare använder tekniken för att titta på kalciumjoner som hoppar från neuron till neuron i hjärnan.

"Jag insåg att kalcium och barium inte är så olika, så kanske vi skulle kunna använda samma teknik för att söka efter neutrinolöst dubbelbeta-sönderfall, sa Nygren.

Tidig forskning med UTA-studenten Austin McDonald identifierade en kemisk förening som heter FLUO-3 som inte bara fungerar med kalciumjoner utan också är känslig för barium. Därifrån, teamet tog fram en enhet som kunde avslöja bariumjoner i en stor volym gasformigt xenon, vilket bevisades i den publicerade tidningen.

"Det fina med denna forskning är att den sammanför fysiker och kemister för att skapa kreativa nya lösningar för att möjliggöra upptäckter inom fundamental fysik, ", sade UTAs fysikordförande Alex Weiss. "Detta arbete visar tydligt förmågan hos studenter och fakulteter vid UTA att leda vägen i internationella fysikprojekt och representerar ett viktigt exempel på den forskning i världsklass som möjliggörs av UTA:s fokus på datadriven upptäckt. "