Selama beberapa dekade, fisikawan telah berupaya mengungkap rahasia yang tersimpan di dalam inti atom, yang secara tradisional menggunakan penumbuk partikel yang masif dan kompleks untuk membombardir inti atom dengan elektron. Fasilitas-fasilitas ini, seringkali membentang berkilo-kilometer, mempercepat elektron hingga kecepatan yang sangat tinggi dalam upaya memahami unsur-unsur dasar penyusun materi. Namun, sebuah studi baru mengusulkan pendekatan yang sangat berbeda: memanfaatkan elektron atom sebagai “pembawa pesan” mini dalam sebuah molekul, menciptakan cara baru untuk mempelajari interaksi nuklir tanpa memerlukan infrastruktur yang besar.
“Tabrakan” Molekul
Teknik inovatif tim peneliti melibatkan pemasangan atom radium dengan atom fluor untuk membentuk molekul radium monofluorida. Dengan memanfaatkan sifat unik dari struktur molekul ini, mereka menghasilkan “penumbuk” mikroskopis di mana elektron atom radium untuk sesaat menembus nukleusnya. Para peneliti kemudian dapat mengukur secara tepat energi elektron-elektron ini di dalam molekul, mengungkapkan pergeseran halus yang menunjukkan bahwa elektron memang memasuki inti atom dan berinteraksi dengan isinya dalam waktu singkat.
Mengungkap Pelanggaran Simetri Nuklir
Terobosan ini memiliki potensi yang signifikan untuk mengukur distribusi magnetik suatu inti, yang juga dikenal sebagai bagaimana susunan proton dan neutron mempengaruhi sifat magnetiknya. Tim menekankan bahwa penelitian ini merupakan langkah awal, namun mereka mengantisipasi penggunaan metode ini untuk mendapatkan wawasan baru tentang inti radium dan, pada akhirnya, untuk mengungkap beberapa misteri paling mendalam dalam fisika.
Teka-teki yang masih ada dalam kosmologi adalah ketidakseimbangan antara materi dan antimateri di alam semesta teramati. Model yang ada saat ini menunjukkan bahwa alam semesta awal seharusnya memiliki jumlah yang kira-kira sama; namun, antimateri sangat langka saat ini. Para ilmuwan berteori bahwa petunjuk terhadap asimetri ini mungkin terletak pada cara kerja inti atom tertentu. Radium menonjol sebagai kandidat yang menjanjikan karena bentuknya yang tidak biasa, seperti buah pir—sebuah asimetri yang dapat memperkuat potensi pengamatan pelanggaran simetri fundamental.
Tantangan dan Prospek Masa Depan
Meskipun hasilnya menjanjikan, para peneliti mengakui tantangan yang terkait dengan mempelajari radium. Sebagai unsur radioaktif alami dengan umur pendek, molekul radium monofluorida hanya dapat diproduksi dalam jumlah kecil, sehingga memerlukan teknik pengukuran yang sangat sensitif.
“Ketika Anda memasukkan atom radioaktif ini ke dalam sebuah molekul, medan listrik internal yang dialami elektronnya akan jauh lebih besar dibandingkan medan listrik yang dapat kita hasilkan dan terapkan di laboratorium,” jelas Silviu-Marian Udrescu, fisikawan di Universitas Johns Hopkins. “Di satu sisi, molekul tersebut bertindak seperti penumbuk partikel raksasa dan memberi kita kesempatan lebih baik untuk menyelidiki inti radium.”
Dengan membatasi dan mendinginkan molekul radium monofluorida dan kemudian menggunakan laser untuk mengukur energi elektron, para peneliti mampu mendeteksi perubahan halus dalam data yang menunjukkan interaksi nuklir.
“Kami sekarang mempunyai bukti bahwa kami dapat mengambil sampel di dalam inti atom. Hal ini seperti mengukur medan listrik baterai. Manusia dapat mengukur medan listrik di luar, namun mengukur di dalam baterai jauh lebih menantang. Dan itulah yang dapat kami lakukan sekarang,” kata fisikawan MIT, rekan penulis studi Ronald Fernando Garcia Ruiz.
Penemuan ini secara mendasar dapat mengubah cara fisikawan mempelajari inti atom, membuka jalan baru untuk mengeksplorasi simetri fundamental alam. Tim peneliti optimis bahwa molekul yang mengandung radium akan terbukti menjadi sistem yang sangat sensitif untuk mencari pelanggaran simetri ini, dan mereka kini memiliki alat baru untuk melakukan pencarian ini.
