巴斯克地区大学 新荧光分子的艺术表现，可以揭示中微子难以捉摸的本质
学分:巴斯克地区大学 一个由来自DIPC、艾克尔巴斯克和UPV/EHU的研究人员领导的跨学科科学家团队已经证明，基于一种新的荧光分子构建一种超灵敏传感器是可能的，这种传感器能够探测到对kn至关重要的核衰变，这取决于中微子是否是其自身的反粒子
这项研究的结果发表在著名的《自然》杂志上，有很大的潜力来确定中微子的性质，从而回答关于宇宙起源的基本问题
为什么我们的宇宙是由物质构成的？为什么我们所知道的一切都存在？这些问题与粒子物理学中最重要的未解决问题之一有关
这个问题是中微子的性质问题，正如一个世纪前不幸的意大利天才埃托雷·马约拉纳所说，中微子可能是它自己的反粒子
如果是这样，它可以解释物质和反物质之间神秘的宇宙不对称性
事实上，我们知道宇宙几乎完全由物质组成
然而，大爆炸理论预测早期宇宙包含相同数量的物质和反物质粒子
这一预测与欧洲粒子物理研究所的巨型LHC加速器质子碰撞中形成的“小爆炸”相一致，在那里总是观察到粒子和反粒子的对称产生
那么，早期宇宙的反物质去了哪里？一种可能的机制指出存在重中微子，它们是自身的反粒子，因此可以衰变为物质和反物质
如果出现第二种现象，称为电荷和宇称的违反(也就是说，如果中微子在衰变中稍微偏向于物质的产生而不是反物质的产生)，那么它可能注入了超过第一种现象的物质
在宇宙中所有的物质和反物质都被消灭之后(除了这一点小小的过剩)，结果将是一个只由物质组成的宇宙，宇宙大爆炸的残余
我们可以说我们的宇宙是一场海难的残余
通过观察一种被称为无中微子双β射线(bb0nu)的罕见核过程，可以证明中微子是它自己的反粒子，在这种过程中，原子核的两个中子(n)同时转化为质子(p)，同时两个电子(e)从原子中发射出来
这一过程可能发生在一些稀有同位素中，例如氙-136，它的原子核中除了54 p和82 n以外，还有54 e
下一个实验(由J
J
戈麦斯-卡德纳斯、DIPC和D
尼格伦，UTA)，位于肯弗兰克(LSC)的地下实验室，用高压气室寻找这些衰变
当Xe-136原子经历自发bb0nu衰变时，该过程的结果是产生钡-136 (Ba2+)的双电荷离子；具有54 e和由56 p和80 n构成的核；和两个电子(Xe à Ba2+ + 2e)
到目前为止，下一个实验集中在观察这两个电子，它们的信号是这个过程的特征
然而，预期观察到的bb0nu过程极其罕见，预期的信号大约是每吨气体和暴露一年一个bb0nu衰变
由于无处不在的天然放射性，这种非常微弱的信号可以被背景噪声完全掩盖
然而，如果除了观察这两个电子之外，还检测到钡电离的原子，背景噪声可以降低到零，因为天然放射性不会产生这种离子
问题是在一个大的bb0nu探测器中观察一个单一的Ba2+离子在技术上是如此具有挑战性，以至于直到最近它还被认为是不可行的
然而，最近的一些作品，其中最新的一篇刚刚发表在《自然》杂志上，表明这一壮举毕竟是可行的
这项工作是由F
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巴斯克地区大学(UPV/EHU)教授兼伊克尔巴斯克科学主任科西奥和J
J
多诺斯蒂亚国际物理中心(DIPC)教授戈麦斯-卡德纳斯包括一个跨学科团队，成员包括来自DIPC、UPV/EHU、伊克尔巴斯克、穆尔西亚大学光学实验室、材料物理中心(CFM、CSIC-UPV/EHU联合中心)、POLYMAT和阿灵顿德克萨斯大学的科学家
戈麦斯-卡德纳斯说:“这种跨学科合作的结果，结合了粒子物理、有机化学、表面物理和光学等学科，是DIPC最近致力于发展新研究领域的一个明显例子
其目的不仅是在不同于该中心通常领域的其他领域产生知识，而且是寻找混合领域和创建跨学科项目，在许多情况下，像这样的项目可能是最真实的
" 这项研究是基于这篇文章的作者之一，著名科学家D
尼格伦(发明者，时间投影室技术的其他设备应用于许多粒子物理实验，包括下一个)
2016年，尼格伦提出了用一种能够与Ba2+形成超分子复合物的分子捕获Ba2+的可行性，并在这种情况发生时提供一个清晰的信号，从而产生一种合适的分子指示剂
尼格伦和他在UTA的团队随后开始设计“开关”指示器，其中当超分子复合物形成时，分子的信号被高度增强
由科西奥和戈麦斯-卡德纳斯领导的小组走了一条不同的道路，设计了一种荧光双色指示器，当分子捕获Ba2+时，它结合了大强度增强和戏剧性的颜色变化
联邦调查局的综合是在DIPC研究员一的指导下完成的
里维埃拉
如果一个不含钡的FBI分子被紫外光照射，它会发出绿光范围内的荧光，发射光谱约为550纳米
然而，当该分子捕获Ba2+时，其发射光谱向蓝色(420纳米)移动
这两种特性的结合导致了信号的惊人增强，从而使其非常适合于未来的Ba2+探测器
有趣的是，我们注意到P
Artal的绿色/蓝色光谱检测小组是基于先前开发的用于在体内对人眼角膜成像的那些技术
这是一个将世界上独一无二的生物医学技术应用于粒子物理基本问题的例子
“将基础科学和新的仪器实现相结合的努力对于打开新的研究途径来回答我们科学家每天问自己的许多问题至关重要，”J说
M
布埃诺，伦敦大学光学教授
正如科西奥所解释的，“化学工作中最困难的任务是设计一种新的分子，以满足下一个实验的严格(几乎不可能)要求
这种分子必须非常明亮，以极高的效率捕获钡(bb0nu是一种非常罕见的事件，不会浪费任何阳离子)，并发出特定的信号，使捕获能够在没有背景噪声的情况下被检测到
此外，新的联邦调查局传感器的化学合成必须高效，以便有足够的超纯样品安装在探测器内
最值得一提的是，经过这个多学科团队的多次努力，我们的特定超灵敏联邦调查局传感器确实按计划工作了
" 除了FBI的设计和表征之外，本文首次证明了超分子复合物在干燥介质中的形成
这一里程碑式的结果是通过制备一层压在二氧化硅颗粒上的FBI指示剂并在该层上蒸发高氯酸盐而实现的
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UPV/EHU大学的伊克尔巴斯克教授弗赖萨说:“在硅石上制备FBI是一个快速但并不那么肮脏的概念证明解决方案
一点家庭炼金术
“真空升华实验是由CFM大学的CSIC科学家完成的
罗杰罗和她的学生P
赫雷罗-戈麦斯
表面物理学专家罗杰罗说:“那是一个灵光一现的时刻，当时我们意识到我们的实验室里只有进行实验的工具
我们蒸发了高氯酸盐，让联邦调查局几乎在第一次尝试时就发出蓝色的光
" 这个研究项目的下一步是建造一个基于联邦调查局的传感器，用于检测无中微子双β衰变或bb0nu
蒙拉巴尔来自DIPC和D
尼格伦和他在UTA的合作者正在开发一个概念提案
这项工作是建立未来“钡标记”下一个实验的重大进展，通过识别反应中产生的两个电子和钡原子来寻找无噪声的bb0nu事件
这个实验有很大的潜力去发现中微子是否是它自己的反粒子，这可能会导致回答关于宇宙起源的基本问题
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