O mistério de longa data da matéria e da antimatéria pode ser resolvido
- Multiversolab7
- 27 de jul. de 2020
- 3 min de leitura
Tório 228. Crédito: Universidade do Oeste da Escócia
Um elemento que pode ser a chave do mistério de longa data sobre o motivo de haver muito mais matéria do que antimatéria em nosso Universo foi descoberto por uma equipe de físicos da Universidade do Oeste da Escócia (UWS).
Os acadêmicos da UWS e da Universidade de Strathclyde descobriram, em pesquisa publicada na revista Nature Physics , que um dos isótopos do elemento tório possui o núcleo mais em forma de pera ainda a ser descoberto. Núcleos semelhantes ao thorium-228 agora podem ser usados para realizar novos testes e tentar encontrar a resposta para o mistério que envolve a matéria e a antimatéria.
O Dr. David O'Donnell, da UWS, que liderou o projeto, disse: "Nossa pesquisa mostra que, com boas idéias, os principais experimentos em física nuclear do mundo podem ser realizados em laboratórios universitários.
"Este trabalho aumenta os experimentos que os físicos nucleares da UWS estão conduzindo em grandes instalações experimentais ao redor do mundo. Ser capaz de realizar experimentos como este fornece um excelente treinamento para nossos alunos".
A física explica que o universo é composto de partículas fundamentais, como os elétrons, encontrados em todos os átomos. O Modelo Padrão, os melhores físicos da teoria para descrever as propriedades subatômicas de toda a matéria do Universo, prevê que cada partícula fundamental possa ter uma antipartícula semelhante. Coletivamente, as antipartículas, que são quase idênticas às de sua matéria, exceto que carregam carga oposta, são conhecidas como antimatéria.
De acordo com o Modelo Padrão, matéria e antimatéria deveriam ter sido criadas em quantidades iguais na época do Big Bang - mas nosso Universo é feito quase inteiramente de matéria.
Em teoria, um momento dipolo elétrico (EDM) poderia permitir que a matéria e a antimatéria decaíssem em taxas diferentes, fornecendo uma explicação para a assimetria na matéria e na antimatéria em nosso universo.
Núcleos em forma de pera têm sido propostos como sistemas físicos ideais para procurar a existência de um EDM em uma partícula fundamental como um elétron. A forma de pera significa que o núcleo gera um EDM ao ter prótons e nêutrons distribuídos de maneira não uniforme em todo o volume nuclear.
Por meio de experimentos realizados em laboratórios do Campus Paisley da UWS, os pesquisadores descobriram que os núcleos dos átomos de tório-228 têm a forma de pera mais pronunciada até agora. Como resultado, núcleos como o tório-228 foram identificados como candidatos ideais para procurar a existência de um EDM.
A equipe de pesquisa foi composta pelo Dr. O'Donnell, Michael Bowry, Bondili Sreenivasa Nara Singh, Marcus Scheck, John F Smith e Pietro Spagnoletti da Escola de Computação, Engenharia e Ciências Físicas da UWS; e Professor Dino Jaroszynski da Universidade de Strathclyde, e Ph.D. estudantes Majid Chishti e Giorgio Battaglia.
O professor Dino Jaroszynski, diretor do Centro Escocês para a Aplicação de Aceleradores à Base de Plasma (SCAPA) na Universidade de Strathclyde, disse: "Esse esforço colaborativo, que se baseia na experiência de um grupo diversificado de cientistas, é um excelente exemplo de como o trabalho em conjunto pode levar a uma grande inovação. Destaca o espírito de colaboração dentro da comunidade de física escocesa promovida pela Scottish University Physics Alliance (SUPA) e estabelece as bases para nossas experiências de colaboração na SCAPA ".
Os experimentos começaram com uma amostra de tório-232, com meia-vida de 14 bilhões de anos, o que significa que decai muito lentamente. A cadeia de decaimento desse núcleo cria estados mecânicos quânticos excitados do núcleo tório-228. Tais estados decaem em nanossegundos após a criação, emitindo raios gama.
O'Donnell e sua equipe usaram detectores de cintiladores de última geração altamente sensíveis para detectar esses decaimentos ultra-raros e rápidos. Com uma configuração cuidadosa dos detectores e da eletrônica de processamento de sinais, a equipe de pesquisa conseguiu medir com precisão a vida útil dos estados quânticos excitados, com uma precisão de dois bilionésimos de segundo. Quanto menor a vida útil do estado quântico, mais acentuada é a forma de pera do núcleo de tório-228 - dando aos pesquisadores uma chance maior de encontrar um EDM.
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