Традиционные эксперименты по изучению ядер требуют огромных ускорителей частиц, которые разгоняют электронные пучки для столкновения с ядрами. Новый подход, основанный на молекулах, позволяет проводить подобные исследования на обычном лабораторном столе. Работая с монофторидом радия, команда отследила энергии электронов атома радия внутри молекулы. Они заметили небольшое смещение энергии и пришли к выводу, что некоторые электроны кратковременно входили в ядро и взаимодействовали с его содержимым.
Физики нашли способ заглянуть внутрь атомного ядра
Физики из Массачусетского технологического института разработали методику изучения внутренней структуры атомных ядер, используя собственные электроны атома в качестве «посредников». Исследователи измерили энергию электронов в молекуле монофторида радия и обнаружили, что некоторые из них проникают внутрь ядра.
Аннигиляция. https://www.ucl.ac.uk/
Согласно современным представлениям, ранняя Вселенная должна была содержать почти равные количества материи и антиматерии. Однако почти все, что мы наблюдаем сегодня, — это материя, состоящая из протонов и нейтронов внутри атомных ядер. Это противоречие указывает на необходимость дополнительных источников нарушения фундаментальных симметрий. Такие эффекты могут проявляться в ядрах определенных атомов, включая радий. Асимметричная грушевидная форма ядра радия делает его идеальным кандидатом для поиска этих нарушений симметрии.
Когда радиоактивный атом помещается внутрь молекулы, внутреннее электрическое поле, которое испытывают его электроны, на порядки превышает поля, создаваемые в лаборатории. «Молекула действует как ускоритель частиц и дает нам больше шансов исследовать ядро радия», — объясняет соавтор исследования Сильвиу-Мариан Удреску. Исследование опубликовано в журнале Science.
Проникновение в ядро
На этом рисунке изображено грушевидное ядро атома радия, состоящее из протонов и нейтронов, в центре, окруженное облаком электронов (желтый цвет) и электроном (желтый шарик со стрелкой), который с вероятностью находится внутри ядра. На заднем плане — сферическое ядро атома фтора, который, соединяясь, образует общую молекулу монофторида радия.
Ученые создали молекулы монофторида радия, соединив атомы радия с атомами фтора. В такой молекуле электроны радия оказываются сжатыми, что повышает вероятность их взаимодействия с ядром. Затем молекулы охлаждали, направляли через вакуумные камеры и облучали специально настроенными лазерами для точного измерения энергий электронов.
Измеренные энергии показали тонкое отличие от ожиданий. Хотя изменение энергии составило лишь около одной миллионной энергии лазерного фотона, это стало четким доказательством взаимодействия электронов с протонами и нейтронами внутри ядра.
Методика открывает путь к измерению магнитного распределения внутри ядра, что может помочь ответить на один из центральных вопросов космологии: почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии. Ядро радия имеет необычную грушевидную форму, которая, по прогнозам теоретиков, может усиливать нарушения фундаментальных симметрий.