Durante décadas, los físicos han tratado de descubrir los secretos que se guardan dentro del núcleo de un átomo, empleando tradicionalmente colisionadores de partículas masivos y complejos para bombardear núcleos con electrones. Estas instalaciones, que a menudo abarcan kilómetros, aceleran electrones a velocidades increíblemente altas en un intento por comprender los componentes fundamentales de la materia. Sin embargo, un nuevo estudio propone un enfoque radicalmente diferente: utilizar los propios electrones de un átomo como “mensajeros” en miniatura dentro de una sola molécula, creando una forma novedosa de estudiar las interacciones nucleares sin la necesidad de una enorme infraestructura.
Un “colisionador” molecular
La innovadora técnica del equipo de investigación consiste en emparejar un átomo de radio con un átomo de flúor para formar una molécula de monofluoruro de radio. Aprovechando las propiedades únicas de esta estructura molecular, generaron un “colisionador” microscópico donde los electrones del átomo de radio penetran momentáneamente su núcleo. Luego, los investigadores pudieron medir con precisión las energías de estos electrones dentro de la molécula, revelando cambios sutiles que indicaban que los electrones, de hecho, estaban ingresando brevemente al núcleo e interactuando con su contenido.
Revelando violaciones de la simetría nuclear
Este avance tiene un potencial significativo para medir la distribución magnética de un núcleo, también conocida como cómo la disposición de los protones y neutrones influye en sus propiedades magnéticas. El equipo enfatiza que esta investigación representa un primer paso, pero anticipan utilizar este método para obtener nuevos conocimientos sobre el núcleo de radio y, en última instancia, abordar algunos de los misterios más profundos de la física.
Un enigma persistente en cosmología es el marcado desequilibrio entre materia y antimateria en el Universo observable. Los modelos actuales sugieren que el Universo primitivo debería haber contenido cantidades aproximadamente iguales de cada uno; sin embargo, la antimateria es notablemente escasa en la actualidad. Los científicos teorizan que las pistas de esta asimetría podrían residir en el funcionamiento interno de ciertos núcleos atómicos. El radio se destaca como un candidato prometedor debido a su forma inusual, parecida a una pera, una asimetría que puede amplificar el potencial para observar violaciones de simetrías fundamentales.
Retos y perspectivas de futuro
A pesar de los resultados prometedores, los investigadores reconocen los desafíos asociados con el estudio del radio. Como elemento naturalmente radiactivo con una vida útil corta, las moléculas de monofluoruro de radio solo pueden producirse en cantidades pequeñas, lo que requiere técnicas de medición increíblemente sensibles.
“Cuando se coloca este átomo radiactivo dentro de una molécula, el campo eléctrico interno que experimentan sus electrones es órdenes de magnitud mayor en comparación con los campos que podemos producir y aplicar en un laboratorio”, explica Silviu-Marian Udrescu, físico de la Universidad Johns Hopkins. “En cierto modo, la molécula actúa como un colisionador de partículas gigante y nos brinda una mejor oportunidad de sondear el núcleo del radio”.
Al confinar y enfriar las moléculas de monofluoruro de radio y luego utilizar láseres para medir las energías de los electrones, los investigadores pudieron detectar cambios sutiles en los datos indicativos de interacciones nucleares.
“Ahora tenemos pruebas de que podemos tomar muestras del interior del núcleo. Es como poder medir el campo eléctrico de una batería. La gente puede medir su campo en el exterior, pero medir el interior de la batería es mucho más difícil. Y eso es lo que podemos hacer ahora”, dice el coautor del estudio, físico del MIT, Ronald Fernando García Ruiz.
Este descubrimiento podría transformar fundamentalmente la forma en que los físicos estudian los núcleos atómicos, abriendo nuevas vías para explorar las simetrías fundamentales de la naturaleza. El equipo de investigación es optimista en cuanto a que las moléculas que contienen radio demostrarán ser sistemas excepcionalmente sensibles para buscar estas violaciones de simetría y ahora poseen una nueva herramienta para llevar a cabo esta búsqueda.
