Fyzici se po desetiletí snažili odhalit tajemství ukrytá v jádře atomu, tradičně pomocí masivních a složitých urychlovačů částic k bombardování jader elektrony. Tyto struktury, často táhnoucí se na kilometry, urychlují elektrony na neuvěřitelně vysoké rychlosti ve snaze porozumět základním stavebním blokům hmoty. Nový výzkum však navrhuje radikálně odlišný přístup: použití vlastních elektronů atomu jako miniaturních „ambasadorů“ v rámci jediné molekuly, čímž vzniká nový způsob studia jaderných interakcí bez potřeby obrovské infrastruktury.
Molekulární „urychlovač“
Inovativní technika výzkumného týmu kombinuje atom radia s atomem fluoru za vzniku molekuly monofluoridu radia. S využitím unikátních vlastností této molekulární struktury vytvořili mikroskopický „urychlovač“, kde elektrony atomu radia nakrátko pronikly do jeho jádra. Vědci pak byli schopni přesně změřit energie těchto elektronů v molekule a odhalili jemné posuny, které naznačovaly, že elektrony skutečně krátce vstoupily do jádra a interagovaly s jeho obsahem.
Odhalení porušení jaderné symetrie
Tento průlom má významný potenciál pro měření magnetické distribuce jádra, známého také jako to, jak jeho uspořádání protonů a neutronů ovlivňuje jeho magnetické vlastnosti. Výzkumný tým zdůrazňuje, že tento výzkum představuje ranou fázi, ale očekávají, že tuto metodu použijí k získání nových znalostí o jádru radia a nakonec k vyřešení některých nejhlubších záhad ve fyzice.
Trvalou záhadou kosmologie je dramatická nerovnováha mezi hmotou a antihmotou ve vesmíru, který pozorujeme. Současné modely naznačují, že raný vesmír musel obsahovat zhruba stejné množství každého z nich; antihmota je však dnes extrémně vzácná. Vědci se domnívají, že klíče k této asymetrii mohou spočívat ve vnitřním fungování určitých atomových jader. Radium vyniká jako slibný kandidát díky svému neobvyklému, hruškovitému tvaru, asymetrii, která by mohla zvýšit potenciál pro pozorování porušení základních symetrií.
Problémy a vyhlídky do budoucna
Navzdory slibným výsledkům vědci uznávají výzvy spojené se studiem radia. Jako radioaktivní prvek s krátkou životností lze molekuly monofluoridu radia produkovat pouze v malých množstvích, což vyžaduje neuvěřitelně citlivé měřicí techniky.
„Když vložíte tento radioaktivní atom do molekuly, vnitřní elektrické pole, které jeho elektrony zažívají, je řádově větší než pole, která dokážeme vyrobit a aplikovat v laboratoři,“ vysvětluje Silviu-Marian Udrescu, fyzik z Johns Hopkins University. “V jistém smyslu molekula funguje jako obří urychlovač částic a dává nám naši nejlepší šanci prozkoumat radiové jádro.”
Omezením a ochlazením molekul monofluoridu radia a následným použitím laserů k měření energií elektronů byli vědci schopni detekovat jemné posuny v datech naznačujících jaderné interakce.
“Nyní máme důkaz, že můžeme odebírat vzorky obsahu jádra. Je to jako měření elektrického pole baterie. Lidé to mohou měřit venku, ale měření uvnitř baterie je mnohem obtížnější. A to je to, co nyní můžeme udělat,” říká Ronald Fernando Garcia Ruiz, fyzik z MIT a spoluautor studie.
Tento objev by mohl radikálně změnit způsob, jakým fyzikové studují atomová jádra, a otevřít nové možnosti pro studium základních symetrií přírody. Výzkumný tým je optimistický, že molekuly obsahující radium se ukáží jako výjimečně citlivé systémy pro hledání těchto zlomů symetrie, a nyní mají nový nástroj k provádění tohoto hledání.
