Unterirdischen Experiment fragt, warum wir nicht die Antimaterie sind

Ein neues Experiment begraben tief unter der Erde in eine South Dakota Mine sollen seltene Teilchen zerfällt zu erkennen, die das Geheimnis der Antimaterie erklären könnte.

Wissenschaftler wissen nicht, warum das Universum aus Materie und keine Antimaterie besteht, aber sie hoffen, Unterschiede in dem Verhalten dieser beiden Arten von Sachen finden, die die Diskrepanz erklären konnte. Antimaterie-Teilchen haben die gleiche Masse wie ihre Normal-Materie-Gegenstücke, aber gegenüber Ladung und Spin.

Die South Dakota Mühe, genannt die Majorana-Demonstrator soll einen Theorie-aber-nie gesehene Prozess namens neutrinolosen doppelten Betazerfall zu beobachten.

Instabiler Atomkerne (die Kerne von Atomen, Protonen und Neutronen enthält) werden oft ein Neutron in einem Prozeß bekannt als Beta-Zerfall loslassen. Das Neutron verwandelt sich in ein Proton durch die Freigabe ein Elektron und ein winzige Teilchen ein Neutrino genannt. [5 schwer fassbaren Teilchen über das Higgs]

Manchmal sind zwei Neutronen verloren, in einem Prozess namens doppelten Betazerfall, die in der Regel zwei Elektronen und zwei Antineutrinos (Antimaterie Partner Teilchen Neutrinos) freisetzt. Aber Wissenschaftler haben auch die Theorie, dass zwei Neutronen in zwei Protonen und zwei Elektronen umwandeln könnte, ohne irgendwelche Antineutrinos zu produzieren – ein Prozess synchronisiert neutrinolosen doppelten Betazerfall.

Wenn solch eine Umwandlung möglich wäre, würde es bedeuten, dass Neutrinos und Antineutrinos die gleichen Teilchen sind. Wissenschaftler nennen Partikel wie diese, die ihre eigenen Antimaterie Gegenstücke, Majorana-Teilchen.

Jede neue Hinweise auf die Art der Antimaterie könnte helfen, aufzuklären, warum das Universum so wenig davon enthält.

"Es könnte erklären, warum wir überhaupt hier sind" David Radford, Physiker am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, der an die Majorana-Demonstrationsprojekt arbeitet sagte in einer Erklärung. "Es könnte helfen, erklären, warum existiert die Materie, der wir gemacht sind."

Die Majorana-Demonstrator, eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern aus den USA, Russland, Japan und Kanada, zielt darauf ab, suchen Sie nach Beweisen für neutrinolosen doppelten Betazerfall in Atomen von Germanium-76, eine leicht radioaktive Version von Germanium. Das Experiment wird schließlich 30 Germanium-Detektoren, jeder mit einem Gewicht von 2,2 kg (1 kg) umfassen.

Diese Detektoren zu bauen ist eine komplexe Anstrengung. Für den Anfang, die Wissenschaftler mussten 93,7 kg (42,5 kg) von 86 Prozent angereicherte weiße Germanium Oxid Pulver aus einem russischen Anreicherungsanlage zu erhalten – eine Probe Wert $ 4 Millionen. Diese macht musste bearbeitet, gereinigt und zu Metall Germanium-Bars, die dann in den separaten zylindrische Detektoren verwandelt werden können, aus denen sich das Experiment verfeinert.

Darüber hinaus muss das Material sorgfältig gelagert und abgeschirmt, um Schutz vor geladenen Teilchen aus dem Weltraum kosmischer Strahlung genannt werden. Das ist, warum das Experiment entsteht 4.850 Füße (1.478 m) unterirdisch in Sanford unterirdischen Forschung Labor (SURF) in Führung, S.D.

"Kosmische Strahlung Germanium-Atome in langlebigen radioaktiven Atomen, in Höhe von etwa zwei Atome pro Tag pro Kilogramm von Germanium, zu verwandeln", sagte Radford. "Auch die zwei Atome wird täglich in den Hintergrund in unserem Experiment hinzuzufügen. So nutzen wir unterirdische Lagerung zur Verringerung der Exposition, kosmische Strahlung um einen Faktor von 100."

Bisher haben neun der angereicherten Detektoren Radford und seine Kollegen Oak Ridge an der South-Dakota-Anlage geliefert. Die vollständige Suite von 30 Melder wird voraussichtlich bis 2015 abgeschlossen sein.

"Die Forschungsanstrengungen ist der erste wichtige Schritt zum Aufbau eines ein-Tonnen-Detektors – eine potenziell Nobel-Preis-würdig-Projekt" Radford sagte.

Folgen Sie Clara Moskowitz auf Twitter und Google + . Folgen Sie uns @livescience, Facebook & Google +.