Физики из MIT заглянули внутрь ядра атома без ускорителя, что способно раскрыть одну из величайших тайн Вселенной

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) разработали интересный метод на основе изучения молекул, который позволяет заглянуть внутрь атомного ядра без использования больших ускорителей частиц. Экспериментальная установка помещается на обычном лабораторном столе, что делает метод широкодоступным научному сообществу — это хороший путь для раскрытия причин асимметрии материи и антиматерии во Вселенной, что для науки остаётся тайной.

В центре исследования оказались молекулы монофторида радия (RaF), в составе которых электрон атома радия естественным образом проникает в ядро, взаимодействует с протонами и нейтронами, а затем возвращается с информацией о внутренней структуре ядра. Данный подход использует прецизионную лазерную спектроскопию для измерения микроскопических сдвигов энергии электронов, что даёт возможность изучать распределение магнитных полей внутри ядра радия-225 — это та информация, которой готовы делиться побывавшие внутри ядра электроны. В отличие от традиционных методов, требующих ускорителей с треками длиною в десятки километров, придуманный в MIT способ работает на лабораторном столе, делая фундаментальную физику более доступной.

Учёные целенаправленно синтезировали молекулу монофторида радия, охладили её и поместили в вакуумную камеру. После этого молекулу осветили лазером, который возбудил электроны. За счёт высокой плотности магнитного поля внутри молекулы у электронов в электронном облаке вокруг ядра радия появляется повышенный шанс проникнуть внутрь этого ядра и вернуться оттуда с информацией. Измеряя энергию электронов с помощью спектроскопии, учёные смогли определить величину сдвига их энергии после посещения ядра, на основании которого можно воссоздать его внутреннее строение.

Протоны и нейтроны в ядре действуют как крошечные магниты с разными ориентациями, и выявленный сдвиг энергии электронов раскрывает их распределение. Величина сдвига энергии соизмерима с одной миллионной энергии в импульсе лазера, но учёные смогли чётко её выявлять. Радий имеет особенную ценность для изучения основ мироздания — его ядро имеет асимметрию по массе и заряду. Оно скорее напоминает грушу, а не яблочко, свойственное обычной форме ядер остального вещества.

Тем самым неправильная форма ядра радия может помочь с поиском фундаментальной асимметрии во Вселенной. Если бы Вселенная была симметричная на фундаментальном уровне, то она бы не возникла — антиматерия поровну с материей просто уничтожили бы её. Но Вселенная есть, значит, где-то прячется основа для её несимметричной сущности. Эксперименты с точным картированием магнитных полей ядра радия позволят создать точную модель расположения нейтронов и протонов в его ядре, и далее могут помочь обнаружить корень отсутствия симметрии в физике нашего мира.