Физици от MIT надникнаха в ядрото на атом без помощта на ускорител – това може да разкрие една от най-големите загадки на Вселената

Физици от Масачузетския технологичен институт (MIT) са разработили интересен метод, основан на изучаването на молекули, който позволява да се надникне във вътрешността на атомното ядро без използването на големи ускорители на частици. Експерименталната уредба се побира на обикновна лабораторна маса, което прави метода широко достъпен за научната общност – добър начин да се разкрият причините за асиметрията на материята и антиматерията във Вселената, която остава загадка за науката.

Изследването е съсредоточено върху молекули на радиев монофлуорид (RaF), в които електронът на атома на радий по естествен път навлиза в ядрото, взаимодейства с протони и неутрони и след това се връща с информация за вътрешната структура на ядрото.

При този подход се използва прецизна лазерна спектроскопия за измерване на микроскопични промени в енергията на електроните, което дава възможност да се изследва разпределението на магнитните полета в ядрото на радий-225 – това е информацията, която електроните, пътували във вътрешността на ядрото са готови да споделят. За разлика от традиционните методи, които изискват ускорители с писти, дълги десетки километри, методът, изобретен в MIT работи на лабораторна маса, което прави фундаменталната физика по-достъпна.

Учените целенасочено синтезираха молекула радиев монофлуорид, охладиха и я поставиха във вакуумна камера. След това молекулата беше осветена с лазер, който възбудил електрони. Благодарение на високата плътност на магнитното поле в молекулата електроните в електронния облак около ядрото на радия имаха по-голям шанс да проникнат в ядрото и да се върнат с информация. Чрез измерване на енергията на електроните с помощта на спектроскопия учените успяха да определят големината на енергийната им промяна след посещението на ядрото, въз основа на което беше възможно да се реконструира вътрешната му структура.

Протоните и неутроните в ядрото действат като миниатюрни магнити с различна ориентация, а откритото енергийно изместване на електроните разкрива тяхното разпределение. Големината на енергийното изместване е съизмерима с една милионна част от енергията на лазерен импулс, но учените са успели да го открият ясно. Радият има особена стойност за изучаване на основите на Вселената – ядрото му има асиметрия в масата и заряда. То прилича по-скоро на круша, отколкото на ябълка, каквато е формата на ядрата на другите вещества.

По този начин неправилната форма на ядрото на радия може да помогне в търсенето на фундаментална асиметрия във Вселената. Ако Вселената беше симетрична на фундаментално ниво, тя нямаше да възникне – антиматерията в равни части с материята просто щеше да я унищожи.

Но Вселената съществува, така че някъде се крие основание за нейната асиметричност. Експериментите с прецизно картографиране на магнитните полета на ядрото на радия ще създадат точен модел на разположението на неутроните и протоните в неговото ядро и може допълнително да помогнат за разкриване на корена на липсата на симетрия във физиката на нашия свят.