Sažetak: Tim CERN‑a i MIT‑a prvi put je u molekulu detektovao Bohr–Weisskopf efekat, pokazujući da elektroni u radijum‑monofluoridu (RaF) mogu sondirati unutrašnju magnetnu strukturu jezgra radijuma‑225. Molekuli su proizvedeni u CERN‑ovom ISOLDE postrojenju i mereni laserskom spektroskopijom, pri čemu je detektovano ~50 pogodnih molekula u sekundi. Otkriće potvrđuje da ovakvi molekuli predstavljaju moćan alat za buduća precizna merenja u potrazi za novom fizikom koja bi objasnila neravnotežu materije i antimaterije.
Prvi pogled u jezgro molekula — otkriven Bohr–Weisskopf efekat u radijum‑monofluoridu (RaF)
Fizičari po prvi put sondirali raspodelu magnetizma unutar jezgra molekula
Tim istraživača sa CERN‑a i MIT‑a iskoristio je elektrone u molekulu kao sondU i prvi put direktno posmatrao kako je magnetizam raspoređen unutar jezgra u molekularnom okruženju. U radu objavljenom 23. oktobra u časopisu Science, naučnici su ispitali kratkoživu molekulu radijum‑monofluorida (RaF) i detektovali Bohr–Weisskopf efekat, do sada uočavan samo u atomima.
Zašto je otkriće važno?
Prirodni zakoni su u velikoj meri simetrični, ali male povrede tih simetrija mogu ukazivati na novu fiziku koja nije obuhvaćena Standardnim modelom. Radioaktivna jezgra sa asimetričnim oblicima, poput radijuma‑225 koji poseduje oktupolnu deformaciju (može se doživeti kao oblik „kruške“), pojačavaju signale takvih kršenja i zato su izuzetno korisna za precizna merenja.
Kako su izveli eksperiment?
Tim je u CERN‑ovom ISOLDE postrojenju proizveo izotope radijuma‑225 bombardovanjem uranijumskog cilja visokenergetskim protonima, a zatim ih spojio sa fluornim gasom da bi dobili RaF molekule. Svaki molekul je postojao veoma kratko — istraživači su u pogodnom stanju mogli da detektuju ~50 molekula u sekundi.
Koristeći više laserskih zraka sa blago različitim frekvencijama, tim je izmerio sitne pomake u apsorpciji i emisiji svetlosti (laserska spektroskopija). Deo tih pomaka pokazao je da elektroni u molekulu ne osećaju samo spoljašnje polje jezgra, već i njegovu unutrašnju magnetnu strukturu — tačnije, raspodelu magnetnog momenta unutar jezgra.
„Elektron zaista sondira unutrašnjost jezgra, pa ga više ne možemo tretirati kao udaljenu interakciju. Počinje da oseća unutrašnja svojstva samog jezgra radijuma“, rekao je Shane Wilkins (MIT), prvi autor studije.
Šta je Bohr–Weisskopf efekat?
Bohr–Weisskopf efekat opisuje kako raspodela magnetizma unutar jezgra menja magnetni hiperfinni odstup u spektru elektrona. Do sada se takav efekat direktno beležio u atomima; ova studija je prva koja ga potvrđuje u molekuli, gde su elektroni deljeni između dva jezgra i signal generalno teže razaznati.
Posledice i naredni koraci
Otkrivanje Bohr–Weisskopf efekta u RaF potvrđuje pogodnost takvih molekula za buduća precizna merenja koja bi mogla otkriti retke kršenja simetrije (na primer CP‑kršenje) i time doprineti objašnjenju neravnoteže materije i antimaterije u svemiru. Istraživači planiraju da sledeće korake uključe usporavanje i zarobljavanje ovih molekula laserima kako bi sproveli još preciznija ispitivanja.
Zaključak: Eksperiment u ISOLDE‑u pokazuje da molekuli sa teškim, oblikovano deformisanim jezgrima poput RaF mogu poslužiti kao osetljive sonde unutrašnjih svojstava jezgara i kao platforme za traženje nove fizike izvan Standardnog modela.
Pomozite nam da budemo bolji.
