Для изучения внутренней структуры атомных ядер обычно требуются огромные, многокилометровые установки, которые разгоняют пучки электронов. Новый молекулярный метод, разработанный группой ученых из США, позволит проводить такие эксперименты на лабораторном столе. Его особенность — в использовании в качестве «разведчиков» собственных электронов атома.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, физики из Массчусетского технологического института точно измерили энергию электронов, вращающихся вокруг атома радия внутри молекулы монофторида радия. Они использовали пространство внутри молекул в качестве своего рода микроскопического коллайдера частиц, который удерживал электроны атома радия и побуждал их кратковременно проникать в атомное ядро.
Создан цемент, охлаждающий стены на 5,4°C под палящим солнцем
В молекулах монофторида радия ученые измерили энергию электронов атома радия. Они обнаружили небольшой энергетический сдвиг и определили, что электроны, скорее всего, ненадолго проникли в атомное ядро радия и взаимодействовали с его содержимым. Вылетая обратно, электроны сохраняли этот энергетический сдвиг, передавая, таким образом, информацию, по которой можно определять внутреннюю структуру ядра атома.
Несмотря на то, что этот сдвиг энергии был небольшим, он однозначно свидетельствовал о взаимодействии электронов молекулы с протонами и нейтронами внутри ядра радия, пишет MIT News.
«Теперь у нас есть доказательство того, что мы можем брать образцы внутри ядра, — сказал Рональд Гарсия Руис, соавтор исследования. — Это похоже на измерение электрического поля батарейки. Измерить его поле снаружи можно, но измерить его внутри батареи гораздо сложнее. И это то, что мы научились делать».
Такой метод дает возможность по-новому измерить ядерное «магнитное распределение».
В ядре каждый протон и нейтрон действуют наподобие магнитов и выстраиваются по-разному в зависимости от того, как они распределены в ядре. Группа планирует применить свой метод для первого точного картирования этого свойства ядра радия. Возможно, их открытие позволит найти ответ на загадку барионной асимметрии, или почему мы видим во Вселенной гораздо больше вещества, чем антивещества.
Современная космологическая теория считает, что для объяснения практически полного отсутствия антивещества во Вселенной требуются дополнительные источники нарушения фундаментальной симметрии. Такие нарушения можно наблюдать в ядрах некоторых атомов, таких как радий.
В отличие от большинства атомных ядер, имеющих сферическую форму, ядро атома радия имеет более асимметричную конфигурацию, напоминающую грушу. По мнению ученых, такая форма может значительно повысить способность ощущать нарушения фундаментальных симметрий, вплоть до того, что они могут стать потенциально наблюдаемыми.
Барионной называют привычную нам материю, которая состоит из барионов и электронов и образует галактики, звезды, планеты и все, что нас окружает. Ее можно обнаружить по электромагнитному излучению. Однако некоторая ее часть остается почти незаметной. Ученые называют ее барионной темной материей. Астрономы из США использовали самый далекий быстрый радиовсплеск за всю историю наблюдений, чтобы установить, где скрывается более трех четвертых барионной темной материи.