Un élément qui pourrait détenir la clé du mystère de longue date qui explique pourquoi il y a beaucoup plus de matière que d'antimatière dans notre Univers a été découvert par une équipe de physiciens dirigée par l'Université de l'ouest de l'Écosse (UWS).

Les universitaires de l'UWS et de l'Université de Strathclyde ont découvert, dans la recherche publiée dans la revue Physique de la nature , que l'un des isotopes de l'élément thorium possède le noyau le plus piriforme encore à découvrir. Des noyaux similaires au thorium-228 peuvent désormais être utilisés pour effectuer de nouveaux tests pour tenter de trouver la réponse au mystère entourant la matière et l'antimatière.

le Dr David O'Donnell de l'UWS, qui a mené le projet, a déclaré :« Notre recherche montre que, avec de bonnes idées, des expériences de physique nucléaire de classe mondiale peuvent être réalisées dans des laboratoires universitaires.

"Ce travail augmente les expériences que les physiciens nucléaires de l'UWS mènent dans de grandes installations expérimentales à travers le monde. Pouvoir effectuer des expériences comme celle-ci offre une excellente formation à nos étudiants."

La physique explique que l'Univers est composé de particules fondamentales telles que les électrons qui se trouvent dans chaque atome. Le modèle standard, les meilleurs physiciens théoriques doivent décrire les propriétés subatomiques de toute la matière de l'Univers, prédit que chaque particule fondamentale peut avoir une antiparticule similaire. Collectivement les antiparticules, qui sont presque identiques à leurs homologues de matière, sauf qu'ils portent une charge opposée, sont connus sous le nom d'antimatière.

Selon le modèle standard, la matière et l'antimatière auraient dû être créées en quantités égales à l'époque du Big Bang, pourtant notre Univers est presque entièrement composé de matière.

En théorie, un moment dipolaire électrique (EDM) pourrait permettre à la matière et à l'antimatière de se désintégrer à des vitesses différentes, fournissant une explication de l'asymétrie de la matière et de l'antimatière dans notre univers.

Les noyaux en forme de poire ont été proposés comme systèmes physiques idéaux pour rechercher l'existence d'un EDM dans une particule fondamentale telle qu'un électron. La forme de poire signifie que le noyau génère un EDM en ayant les protons et les neutrons distribués de manière non uniforme dans tout le volume nucléaire.

Grâce à des expériences menées dans les laboratoires du campus de Paisley de l'UWS, les chercheurs ont découvert que les noyaux des atomes de thorium-228 ont la forme de poire la plus prononcée jamais découverte à ce jour. Par conséquent, des noyaux comme le thorium-228 ont été identifiés comme des candidats idéaux pour rechercher l'existence d'un EDM.

L'équipe de recherche était composée du Dr O'Donnell, Dr Michael Bowry, Dr Bondili Sreenivasa Nara Singh, Professeur Marcus Scheck, Le professeur John F Smith et le Dr Pietro Spagnoletti de l'école d'informatique de l'UWS, Ingénierie et sciences physiques ; et le professeur Dino Jaroszynski de l'Université de Strathclyde, et Ph.D. étudiants Majid Chishti et Giorgio Battaglia.

Professeur Dino Jaroszynski, Directeur du Scottish Centre for the Application of Plasma-based Accelerators (SCAPA) à l'Université de Strathclyde, a déclaré :« Cet effort de collaboration, qui s'appuie sur l'expertise d'un groupe diversifié de scientifiques, est un excellent exemple de la façon dont travailler ensemble peut mener à une percée majeure. Il met en évidence l'esprit de collaboration au sein de la communauté écossaise de la physique encouragé par la Scottish University Physics Alliance (SUPA) et jette les bases de nos expériences collaboratives à la SCAPA. »

Les expériences ont commencé avec un échantillon de thorium-232, qui a une demi-vie de 14 milliards d'années, ce qui signifie qu'il se dégrade très lentement. La chaîne de désintégration de ce noyau crée des états de mécanique quantique excités du noyau thorium-228. De tels états se désintègrent en quelques nanosecondes après leur création, en émettant des rayons gamma.

Le Dr O'Donnell et son équipe ont utilisé des détecteurs à scintillateur de pointe hautement sensibles pour détecter ces désintégrations ultra-rares et rapides. Avec une configuration minutieuse des détecteurs et de l'électronique de traitement du signal, l'équipe de recherche a pu mesurer précisément la durée de vie des états quantiques excités, avec une précision de deux trillionièmes de seconde. Plus la durée de vie de l'état quantique est courte, plus la forme de poire du noyau de thorium-228 est prononcée, ce qui donne aux chercheurs une meilleure chance de trouver un EDM.