Физики разработали принципиально новый метод изучения внутреннего строения атомных ядер, используя отдельную молекулу в качестве миниатюрного ускорителя частиц. Традиционно для исследования атомного ядра требовались масштабные многокилометровые коллайдеры, разгоняющие электроны до высоких скоростей для столкновения с ядрами. Однако в новой работе ученые предложили гораздо более компактную альтернативу.
Исследователи использовали молекулу монофторида радия, состоящую из атома радия и атома фтора. Они превратили ее в своеобразный микроскопический коллайдер, где электроны самого атома радия выступали в роли «зондов», на короткое время проникая внутрь его же ядра. Это позволило с высокой точностью отслеживать энергии электронов в молекуле, что выявило небольшой, но значимый энергетический сдвиг. Данный сдвиг свидетельствовал о том, что электроны действительно кратковременно попадали в ядро радия и взаимодействовали с его содержимым.
Этот метод открывает новый путь для измерения магнитного распределения ядра, то есть того, как расположение протонов и нейтронов влияет на его магнитные свойства. Хотя настоящее исследование является лишь первым шагом, ученые планируют использовать данную технику для пристального изучения ядра радия. Такие знания могут помочь в решении фундаментальных загадок физики, например, почему во Вселенной наблюдается подавляющее преобладание материи над антиматерией.
Радий считается особенно перспективным объектом для таких поисков из-за уникальной грушевидной формы своего ядра. В отличие от сферических ядер большинства элементов, асимметричная архитектура ядра радия может усиливать проявления нарушений фундаментальных симметрий, что, возможно, скрывает ключ к разгадке исчезновения антиматерии.
Несмотря на сложности работы с радиоактивным радием, который имеет короткое время жизни и производится в мизерных количествах, чувствительность нового метода позволяет проводить необходимые измерения. Как пояснили ученые, молекула создает для электронов атома радия чрезвычайно мощное внутреннее электрическое поле, действуя как гигантский ускоритель частиц и значительно повышая шансы на изучение ядра. Исследователи подтвердили, что могут «заглянуть» внутрь атомного ядра, что открывает путь к поиску ответов на одни из самых насущных вопросов современной физики.