Ny enhed bruger biokemiteknikker til at opdage sjældne radioaktive henfald

UTA -forskere leder et internationalt team, der udvikler en ny enhed, der kan sætte fysikere i stand til at tage det næste skridt mod en større forståelse af neutrinoen, en subatomær partikel, der kan give et svar på den vedvarende mystik om universets ubalance mellem materie-antimateriale.

Fysik fortæller os, at stof skabes side om side med antimateriale. Men hvis stof og antimateriale fremstilles ens, så burde alt det stof, der blev skabt i det tidlige univers, have været annulleret med lige store mængder antimateriale, eliminere selve eksistensen med det samme. Og vi ville ikke eksistere.

For at forklare denne asymmetri, nogle partikelfysikere hævder, at den lille subatomære partikel, neutrino, og dets antimateriale partikel, antineutrino, er faktisk den samme partikel. Dette kan forklare det samlede overskud af stof i universet som helhed - og hvorfor vi er her.

UTA-forskere drager nu fordel af en biokemiteknik, der bruger fluorescens til at opdage ioner til at identificere produktet af et radioaktivt henfald kaldet neutrinoløst dobbelt-beta-henfald, der ville vise, at neutrinoen er sin egen antipartikel.

Radioaktivt henfald er nedbrydning af en atomkerne, der frigiver energi og stof fra kernen. Almindelig dobbelt-beta-henfald er en usædvanlig form for radioaktivitet, hvor en kerne udsender to elektroner og to antineutrinoer på samme tid. Imidlertid, hvis neutrinoer og antineutrinoer er identiske, så kan de to antineutrinoer, træde i kræft, annullere hinanden, resulterer i et neutrinløst forfald, med al den energi, der er givet til de to elektroner.

For at finde dette neutrinoløse dobbelt-beta henfald, forskere ser på en meget sjælden begivenhed, der opstår cirka en gang om året, når et xenonatom henfalder og konverterer til barium. Hvis der er sket et neutrinløst dobbeltbeta-henfald, du ville forvente at finde en bariumion i tilfælde af to elektroner af den rigtige samlede energi. UTA -forskeres foreslåede nye detektor ville netop gøre det muligt at identificere denne enkelt bariumion, der ledsager par elektroner, der er skabt inden for store mængder xenongas.

"Hvis vi observerer en sådan begivenhed, det ville være en dybtgående opdagelse inden for partikelfysik, på niveau med opdagelsen af ​​Higgs -bosonen, "sagde Ben Jones, UTA adjunkt i fysik, som leder denne forskning for den amerikanske gren af ​​Neutrino Experiment with Xenon TPC - Time Projection Chamber eller NEXT program, som søger efter neutrinoløst dobbelt-beta-henfald. Andre UTA -forskere samarbejdede også om ATLAS -eksperimentet, hvilket førte til den nobelprisvindende opdagelse af Higgs -bosonen i 2012.

Forskerne, der offentliggjorde deres opdagelse mandag i Fysisk gennemgangsbreve , har demonstreret effektiviteten af ​​deres teknik i lille skala og nu planlægger at bruge enheden i en storstilet detektor, som de forestiller sig som et kammer, der indeholder et ton højtryk, renset xenongas.

David Nygren, UTA Presidential Distinguished Professor of Physics og medlem af National Academy of Sciences, havde ideen om at se på fluorescens, da han indså, hvordan neurovidenskabsfolk bruger teknikken til at se på calciumioner, der hopper fra neuron til neuron i hjernen.

"Jeg indså, at calcium og barium ikke er så forskellige, så måske kunne vi bruge den samme teknik til at søge efter neutrinoløst dobbelt-beta-henfald, "Sagde Nygren.

Tidlig forskning med UTA-kandidatstuderende Austin McDonald identificerede en kemisk forbindelse kaldet FLUO-3, der ikke kun virker med calciumioner, men også er følsom over for barium. Derfra, teamet udtænkte en enhed, der kunne afsløre bariumioner i en stor mængde gasformigt xenon, hvilket blev bevist i det publicerede papir.

"Det smukke ved denne forskning er, at den samler fysikere og kemikere til at skabe kreative nye løsninger for at muliggøre opdagelser inden for grundlæggende fysik, "sagde UTA-fysikstolen Alex Weiss." Dette arbejde demonstrerer tydeligt de studerendes og fakultets evne til at lede vejen i internationale fysikprojekter og repræsenterer et vigtigt eksempel på forskning i verdensklasse, der muliggøres af UTAs fokus på datadrevet opdagelse. "