Des chercheurs de l'UTA dirigent une équipe internationale qui développe un nouvel appareil qui pourrait permettre aux physiciens de franchir une nouvelle étape vers une meilleure compréhension du neutrino, une particule subatomique qui pourrait offrir une réponse au mystère persistant du déséquilibre matière-antimatière de l'univers.

La physique nous dit que la matière est créée côte à côte avec l'antimatière. Mais si la matière et l'antimatière sont produites également, alors toute la matière créée dans l'univers primitif aurait dû être annulée par des quantités égales d'antimatière, éliminant instantanément l'existence elle-même. Et nous n'existerions pas.

Pour expliquer cette asymétrie, certains physiciens des particules prétendent que la minuscule particule subatomique, le neutrino, et sa particule d'antimatière, l'antineutrino, sont en fait la même particule. Cela pourrait expliquer l'excès global de matière dans l'univers dans son ensemble – et pourquoi nous sommes ici.

Les chercheurs de l'UTA tirent maintenant parti d'une technique de biochimie qui utilise la fluorescence pour détecter les ions afin d'identifier le produit d'une désintégration radioactive appelée désintégration double bêta sans neutrino qui démontrerait que le neutrino est sa propre antiparticule.

La désintégration radioactive est la décomposition d'un noyau atomique libérant de l'énergie et de la matière du noyau. La désintégration double bêta ordinaire est un mode inhabituel de radioactivité dans lequel un noyau émet deux électrons et deux antineutrinos en même temps. Cependant, si neutrinos et antineutrinos sont identiques, alors les deux antineutrinos peuvent, en effet, s'annuler, entraînant une désintégration sans neutrinos, avec toute l'énergie donnée aux deux électrons.

Pour trouver cette désintégration double bêta sans neutrinos, les scientifiques étudient un événement très rare qui se produit environ une fois par an, lorsqu'un atome de xénon se désintègre et se transforme en baryum. Si une désintégration double bêta sans neutrino s'est produite, vous vous attendriez à trouver un ion baryum en coïncidence avec deux électrons de la bonne énergie totale. Le nouveau détecteur proposé par les chercheurs de l'UTA permettrait précisément d'identifier cet ion baryum unique accompagnant des paires d'électrons créées dans de grandes quantités de gaz xénon.

"Si nous observons ne serait-ce qu'un seul de ces événements, ce serait une découverte profonde en physique des particules, à la hauteur de la découverte du boson de Higgs, " a déclaré Ben Jones, Professeur assistant de physique à l'UTA, qui dirige cette recherche pour la branche américaine du programme Neutrino Experiment with Xenon TPC - Time Projection Chamber ou NEXT, qui recherche la désintégration double bêta sans neutrino. D'autres chercheurs de l'UTA ont également collaboré à l'expérience ATLAS, qui a conduit à la découverte du boson de Higgs, lauréat du prix Nobel en 2012.

Les chercheurs, qui ont publié leur découverte lundi dans Lettres d'examen physique , ont démontré l'efficacité de leur technique à petite échelle et envisagent maintenant d'utiliser l'appareil dans un détecteur à grande échelle, qu'ils envisagent comme une chambre contenant une tonne de haute pression, gaz xénon purifié.

David Nygren, UTA Presidential Distinguished Professor of Physics et membre de l'Académie nationale des sciences, a eu l'idée d'examiner la fluorescence lorsqu'il a réalisé comment les neuroscientifiques utilisaient la technique pour examiner les ions calcium qui sautent de neurone en neurone dans le cerveau.

"J'ai réalisé que le calcium et le baryum ne sont pas si différents, alors peut-être pourrions-nous utiliser la même technique pour rechercher la désintégration double bêta sans neutrinos, ", a déclaré Nygren.

Les premières recherches avec Austin McDonald, étudiant diplômé de l'UTA, ont identifié un composé chimique appelé FLUO-3 qui non seulement fonctionne avec les ions calcium, mais est également sensible au baryum. De là, l'équipe a conçu un appareil qui pourrait révéler des ions baryum dans un grand volume de xénon gazeux, ce qui a été prouvé dans l'article publié.

"La beauté de cette recherche est qu'elle rassemble des physiciens et des chimistes pour générer de nouvelles solutions créatives pour permettre des découvertes en physique fondamentale, " a déclaré Alex Weiss, président de physique de l'UTA. " Ce travail démontre clairement la capacité des étudiants et des professeurs de l'UTA à montrer la voie dans les projets de physique internationaux et représente un exemple important de la recherche de classe mondiale rendue possible par l'accent mis par UTA sur la découverte basée sur les données. "