Le mystère de longue date de la matière et de l’antimatière est peut-être résolu

Un élément qui pourrait détenir la clé du mystère de longue date sur la raison pour laquelle 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 (University of the West of Scotland – UWS).

Thorium-228

Les universitaires de l’UWS et de l’université de Strathclyde ont découvert, dans le cadre de recherches publiées dans la revue Nature Physics, que l’un des isotopes de l’élément thorium possède le noyau le plus en forme de poire jamais découvert. Des noyaux similaires à celui du thorium-228 pourraient maintenant être utilisés pour effectuer de nouveaux tests afin d’essayer de trouver la réponse au mystère qui entoure la matière et l’antimatière.

Le Dr David O’Donnell de l’UWS, qui a dirigé le projet, a déclaré « Nos recherches montrent qu’avec de bonnes idées, des expériences de pointe en physique nucléaire peuvent être réalisées dans les laboratoires universitaires. »

« Ces travaux viennent s’ajouter aux expériences que les physiciens nucléaires de l’UWS mènent dans les grandes installations expérimentales du monde entier. Le fait de pouvoir réaliser des expériences comme celle-ci constitue une excellente formation pour nos étudiants ».

La physique explique que l’Univers est composé de particules fondamentales telles que les électrons que l’on trouve dans chaque atome. Le modèle standard, la meilleure théorie dont disposent les physiciens pour décrire les propriétés subatomiques de toute la matière dans l’Univers, prédit que chaque particule fondamentale peut avoir une antiparticule similaire. Collectivement, les antiparticules, qui sont presque identiques à leurs homologues de la matière sauf qu’elles portent une charge opposée, sont connues sous le nom d’antimatière.

Selon le modèle standard, la matière et l’antimatière auraient dû être créées en quantités égales au moment du Big Bang-mais notre Univers est presque entièrement constitué 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, ce qui expliquerait 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 répartis de manière non uniforme dans le volume nucléaire.

Grâce à des expériences menées dans les laboratoires du campus Paisley de l’UWS, les chercheurs ont découvert que les noyaux des atomes de thorium-228 ont la forme de poire la plus prononcée qui ait été découverte jusqu’à présent. En conséquence, les 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 de MM. O’Donnell, Michael Bowry, Bondili Sreenivasa Nara Singh, Marcus Scheck, John F Smith et Pietro Spagnoletti de l’École d’informatique, d’ingénierie et de sciences physiques de l’UWS, ainsi que du professeur Dino Jaroszynski de l’Université de Strathclyde et des doctorants Majid Chishti et Giorgio Battaglia.

Le 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 manière dont le travail en commun peut conduire à une percée majeure. Il met en évidence l’esprit de collaboration au sein de la communauté de physique écossaise, encouragé par l’Alliance de physique des universités écossaises (SUPA), et jette les bases de nos expériences de collaboration au SCAPA ».

Les expériences ont débuté avec un échantillon de thorium-232, dont la demi-vie est de 14 milliards d’années, ce qui signifie qu’il se désintègre très lentement. La chaîne de désintégration de ce noyau crée des états de mécanique quantique excités du noyau de thorium-228. Ces états se désintègrent en quelques nanosecondes après avoir été créés, en émettant des rayons gamma.

Le Dr O’Donnell et son équipe ont utilisé des détecteurs à scintillation de pointe très sensibles pour détecter ces désintégrations ultra-rare et rapides. Grâce à une configuration minutieuse des détecteurs et de l’électronique de traitement des signaux, l’équipe de recherche a pu mesurer avec précision 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 de meilleures chances de trouver un EDM.

yogaesoteric
23 juin 2020