Kernefysikere foretager de første præcisionsmålinger af radiummonofluorid

For første gang har kernefysikere lavet præcisionsmålinger af et kortlivet radioaktivt molekyle, radiummonofluorid (RaF). I deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics , kombinerede forskerne ionfangende teknikker med specialiserede lasersystemer for at måle de fine detaljer af kvantestrukturen af ​​RaF.

Denne tilgang tillod karakteriseringen af ​​rotationsenerginiveauerne for dette molekyle såvel som bestemmelsen af ​​dets laserafkølingsskema. Laserkøling er en metode, der bruger laserlys til at bremse og fange atomer og molekyler. Disse resultater repræsenterer et afgørende skridt for fremtidige eksperimenter med det formål at laserafkøle og fange RaF-molekyler.

Forskere har forudsagt, at molekyler, der indeholder tunge, pæreformede kerner, såsom radium, er meget følsomme over for nukleare elektrosvage egenskaber og fysik ud over standardmodellen. Dette inkluderer fænomener, der krænker paritet og tidsomvendt symmetri. Tidsreversering-krænkelse, ud over de nuværende begrænsninger, er en væsentlig betingelse for at forklare stof-antistof-asymmetrien i universet. De nye resultater giver forskerne en detaljeret karakterisering af kvantestrukturen af ​​RaF, hvilket åbner brugen af ​​dette molekyle i fremtidige eksperimenter med det formål at søge efter sådanne effekter.

Radioaktive molekyler, der indeholder octupoldeformede kerner, såsom radium (Ra), lover at være exceptionelle kvantesystemer til brug i studier af de fundamentale partikler og naturkræfter. Den unikke pærelignende form af radiumkernen, kombineret med energiniveaustrukturen af ​​et polært molekyle, kan føre til en øget følsomhed over for symmetriskrænkende nukleare egenskaber på mere end fem størrelsesordener sammenlignet med stabile atomer.

Forskerne – kernefysikere ved Massachusetts Institute of Technology og samarbejdspartnere – undersøgte spektroskopisk den detaljerede struktur af RaF og udførte arbejdet ved Collinear Resonance Ionization Spectroscopy (CRIS) eksperimentet på Isotope Separator On Line Device Radioactive Ion Beam Facility hos den europæiske organisation for Nuklear forskning (ISOLDE—CERN).

Forskernes metode gjorde det muligt med høj følsomhed at kortlægge energiniveauerne af RaF og bestemme et laserafkølingsskema til at bremse og fange dette molekyle. Forskere udvikler hurtigt metoder til at kontrollere og afhøre ultrakolde molekyler. Disse metoder, kombineret med radioaktive stråleanlægs nye muligheder til at producere store mængder radioaktive molekyler, såsom CERN (Schweiz) og FRIB (USA), åbner en ny grænse i udforskningen af ​​atomkerner og krænkelsen af ​​de grundlæggende symmetrier af naturen.