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Endlich: Eine Antwort auf das Mysterium um Materie und Antimaterie

 

Materie und Antimaterie-Konzept

Ein Element, das den Schlüssel zu dem langjährigen Rätsel enthalten könnte, warum es in unserem Universum viel mehr Materie als Antimaterie gibt, wurde in der Physikforschung an der Universität von Strathclyde entdeckt.

Die Studie hat herausgefunden, dass ein Isotop des Elements Thorium den birnenförmigsten Kern besitzt, der noch entdeckt werden muss.

Thorium-228-ähnliche Kerne können nun möglicherweise verwendet werden, um neue Tests durchzuführen, um die Antwort auf das Rätsel um Materie und Antimaterie zu finden.

Die Studie wurde an der Universität des Westens von Schottland (UWS) durchgeführt und in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht .

Professor Dino Jaroszynski, Direktor des schottischen Zentrums für die Anwendung plasmabasierter Beschleuniger (SCAPA) an der Universität von Strathclyde, sagte: „Diese Zusammenarbeit, die auf dem Fachwissen einer vielfältigen Gruppe von Wissenschaftlern beruht, ist ein hervorragendes Beispiel dafür Wie die Zusammenarbeit zu einem großen Durchbruch führen kann.

“Es unterstreicht den kollaborativen Geist innerhalb der schottischen Physikgemeinschaft, der von der Scottish University Physics Alliance (SUPA) gefördert wird, und legt die Grundlage für unsere kollaborativen Experimente bei SCAPA.”

Thorium-228

Die Physik erklärt, dass das Universum aus fundamentalen Teilchen wie den Elektronen besteht, die in jedem Atom zu finden sind . Das Standardmodell, die besten theoretischen Physiker, um die subatomaren Eigenschaften aller Materie im Universum zu beschreiben, sagt voraus, dass jedes fundamentale Teilchen ein ähnliches Antiteilchen haben kann. Zusammen werden die Antiteilchen, die fast identisch mit ihren Gegenstücken aus der Materie sind, außer dass sie eine entgegengesetzte Ladung tragen, als Antimaterie bezeichnet.

Nach dem Standardmodell sollten Materie und Antimaterie zum Zeitpunkt des Urknalls in gleichen Mengen erzeugt worden sein – doch unser Universum besteht fast ausschließlich aus Materie. Theoretisch könnte ein elektrisches Dipolmoment (EDM) den Zerfall von Materie und Antimaterie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ermöglichen, was eine Erklärung für die Asymmetrie von Materie und Antimaterie in unserem Universum liefert.

Birnenförmige Kerne wurden als ideale physikalische Systeme vorgeschlagen, um die Existenz eines EDM in einem fundamentalen Teilchen wie einem Elektron zu untersuchen. Die Birnenform bedeutet, dass der Kern ein EDM erzeugt, indem die Protonen und Neutronen ungleichmäßig über das Kernvolumen verteilt sind.

Die Forscher fanden heraus, dass die Kerne in Thorium-228-Atomen die ausgeprägteste Birnenform aufweisen, die bisher entdeckt wurde. Infolgedessen wurden Kerne wie Thorium-228 als ideale Kandidaten für die Suche nach der Existenz eines EDM identifiziert.

Die Experimente begannen mit einer Probe von Thorium-232, die eine Halbwertszeit von 14 Milliarden Jahren hat, was bedeutet, dass sie sehr langsam zerfällt. Die Zerfallskette dieses Kerns erzeugt angeregte quantenmechanische Zustände des Kerns Thorium-228. Solche Zustände zerfallen innerhalb von Nanosekunden nach ihrer Entstehung durch Emission von Gammastrahlen.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Dr. David O’Donnell von der UWS verwendete hochempfindliche hochmoderne Szintillatordetektoren, um diese äußerst seltenen und schnellen Zerfälle zu erkennen. Durch sorgfältige Konfiguration von Detektoren und Signalverarbeitungselektronik konnte das Forscherteam die Lebensdauer der angeregten Quantenzustände mit einer Genauigkeit von zwei Billionstelsekunden genau messen .

Je kürzer die Lebensdauer des Quantenzustands ist, desto ausgeprägter ist die Birnenform des Thorium-228-Kerns. Dadurch haben Forscher eine bessere Chance, ein EDM zu finden.

Weitere Informationen zu dieser Forschung finden Sie unter Physiker haben möglicherweise das langjährige Rätsel um Materie und Antimaterie gelöst.

Referenz: “Direkte Messung des intrinsischen elektrischen Dipolmoments in birnenförmigem Thorium-228” von MMR Chishti, D. O’Donnell, G. Battaglia, M. Bowry, DA Jaroszynski, BS Nara Singh, M. Scheck, P. Spagnoletti und JF Smith, 18. Mai 2020, Naturphysik .
DOI: 10.1038 / s41567-020-0899-4