Um elemento que pode conter a chave para o mistério de longa data sobre por que há 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 University of Strathclyde descobriram, em pesquisa publicada no jornal Física da Natureza , que um dos isótopos do elemento tório possui o núcleo mais em forma de pêra a ser descoberto. Núcleos semelhantes ao tório-228 agora podem ser usados ​​para realizar novos testes para tentar encontrar a resposta para o mistério que cerca a matéria e a antimatéria.

Dr. David O'Donnell da UWS, quem liderou o projeto, disse:"Nossa pesquisa mostra que, com boas ideias, experimentos de física nuclear líderes mundiais 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 que são encontrados em cada átomo. O modelo padrão, a melhor teoria que os físicos têm para descrever as propriedades subatômicas de toda a matéria do Universo, prevê que cada partícula fundamental pode ter uma antipartícula semelhante. Coletivamente, as antipartículas, que são quase idênticos às suas contrapartes de matéria, exceto que carregam carga oposta, são conhecidos 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 de dipolo elétrico (EDM) pode permitir que a matéria e a antimatéria se decomponham em taxas diferentes, fornecendo uma explicação para a assimetria de matéria e antimatéria em nosso universo.

Núcleos em forma de pera têm sido propostos como sistemas físicos ideais nos quais se deve procurar a existência de um EDM em uma partícula fundamental como um elétron. A forma de pêra significa que o núcleo gera um EDM por ter os prótons e nêutrons distribuídos de maneira não uniforme por todo o volume nuclear.

Por meio de experimentos conduzidos em laboratórios no Campus Paisley da UWS, os pesquisadores descobriram que os núcleos nos átomos de tório-228 têm a forma de pêra mais pronunciada já descoberta. Como resultado, núcleos como o tório-228 foram identificados como candidatos ideais para pesquisar a existência de um EDM.

A equipe de pesquisa era composta pelo Dr. O'Donnell, Dr. Michael Bowry, Dr. Bondili Sreenivasa Nara Singh, Professor Marcus Scheck, Professor John F Smith e Dr. Pietro Spagnoletti da Escola de Computação da UWS, Engenharia e Ciências Físicas; e o professor Dino Jaroszynski da Universidade de Strathclyde, e Ph.D. alunos Majid Chishti e Giorgio Battaglia.

Professor Dino Jaroszynski, Diretor do Centro Escocês para a Aplicação de Aceleradores Baseados em Plasma (SCAPA) da Universidade de Strathclyde, disse:"Este esforço colaborativo, que se baseia na experiência de um grupo diversificado de cientistas, é um excelente exemplo de como o trabalho em equipe pode levar a um grande avanço. Ele destaca o espírito colaborativo dentro da comunidade de física escocesa promovido pela Scottish University Physics Alliance (SUPA) e estabelece as bases para nossos experimentos colaborativos em SCAPA. "

Os experimentos começaram com uma amostra de tório-232, que tem meia-vida de 14 bilhões de anos, o que significa que decai muito lentamente. A cadeia de decaimento deste núcleo cria estados mecânicos quânticos excitados do núcleo tório-228. Esses estados decaem dentro de nanossegundos após serem criados, emitindo raios gama.

O Dr. O'Donnell e sua equipe usaram detectores cintiladores de última geração e altamente sensíveis para detectar esses decaimentos ultra-raros e rápidos. Com configuração cuidadosa de detectores e eletrônicos de processamento de sinal, a equipe de pesquisa foi capaz de medir com precisão a vida útil dos estados quânticos excitados, com uma precisão de dois trilionésimos de segundo. Quanto mais curto for o tempo de vida do estado quântico, mais pronunciada será a forma de pêra do núcleo do tório-228 - dando aos pesquisadores uma chance melhor de encontrar um EDM.