Ученые со всего мира продолжают изучать фундаментальные параметры элементарных частиц, по сей день остающиеся неизвестными. Поиску эффектов нарушения пространственной (P) и временной (T) инвариантности в атомных системах посвящена и работа младшего научного сотрудника Лаборатории квантовой химии Отделения перспективных разработок НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Даниэля Майсона, который получил в 2021 году стипендию им. Владимира Михайловича Лобашева для молодых ученых и специалистов Института за успехи в области ядерной физики.
Еще в 60-х годах прошлого века было отмечено, что эффекты, связанные с нарушением симметрий «право-лево» и «будущее-прошлое», испытывают существенное усиление в тяжелых атомах и молекулах, их содержащих. Многочисленные спектроскопические исследования таких систем помогли установить существенные ограничения на P,T-нечетные параметры, однако их точные значения остаются неизвестными. «Рекорд» в этой области принадлежит молекуле монооксида тория ThO: именно на пучке этих молекул коллаборацией ACME было получено наиболее строгое ограничение на электрический дипольный момент электрона (eEDM), наиболее известный и наглядный Р,Т-нечетный параметр.
В 2017 году было замечено, что эксперименты по поиску Р,Т-нечетных констант в трехатомных молекулах могут быть существенно более точными. В силу специфики их структуры, такие молекулы могут быть охлаждены при помощи лазерной техники до температур ниже 0.001 градуса Кельвина. При таких температурах эффекты движения молекул как целого и колебаний ядер существенно подавлены и систематическая погрешность эксперимента оказывается заметно снижена. В результате этого ожидается, что эксперименты с трехатомными молекулами, находящиеся в данный момент на стадии подготовки, приведут к существенно более строгим ограничениям на eEDM и другие P,T-нечетные величины.
Для исследования эффектов нарушения пространственной и временной инвариантности особый интерес представляют Р,Т-нечетные параметры атомных ядер, поскольку они позволяют судить о нарушениях соответствующих симметрий в адронном секторе Стандартной Модели. Ярким примером такой характеристики ядра является его магнитный квадрупольный момент (МКМ). Как и eEDM, он неизбежно возникает в «Р,Т-неинвариантном мире» и по его величине можно судить о степени несохранения четности. Наиболее перспективным способом обнаружения и измерения ядерного МКМ является исследование его взаимодействия с электронами в молекулах.
Работа, проведенная Д. Майсоном под руководством старшего научного сотрудника ЛКХ Л.В. Скрипникова, посвящена исследованию взаимодействия ядерного МКМ с электронными оболочками в молекуле YbOH и молекулярном катионе LuOH+. Первая из этих молекул активно изучается экспериментальной группой Н. Хатцлера (Caltech; http://www.hutzlerlab.com/), предполагается, что в ближайшее время ею будут получены первые экспериментальные данные; вторая исследуется группой профессора Мэттью Грау, специализирующейся на лазерном охлаждении ионов (ETH Zurich; https://www.phys.ethz.ch/the-department.html). Было показано, что спектроскопия данных молекул может позволить получить значения МКМ соответствующих ядер, что, в свою очередь, позволило бы определить некоторые фундаментальные параметры элементарных частиц, по сей день остающиеся неизвестными.