Международная коллаборация CRIS в ЦЕРНе впервые экспериментально зафиксировала проявление внутренней магнитной структуры ядра в молекуле. Полученные данные подтвердили расчеты, выполненные учеными Института. Исследование — важный шаг к поиску явлений, выходящих за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц.
Российские физики в составе международной группы впервые «заглянули» внутрь ядра радия, находящегося в составе молекулы фторида радия, RaF. Эксперимент подтвердил теоретическую модель, разработанную ранее для учета вклада распределения магнитного поля в ядре в энергетические уровни молекулы. Новая работа открывает путь к поиску фундаментальных эффектов, не описываемых Стандартной моделью.
Стандартная модель успешно описывает большинство явлений в мире элементарных частиц, но не может объяснить, почему во Вселенной материя преобладает над антиматерией (барионная асимметрия). Ученые полагают, что причина — в нарушении фундаментальных симметрий. Для их поиска необходимы сверхточные эксперименты с атомами и молекулами.
Ключевой шаг к таким измерениям — наблюдение тонких эффектов во взаимодействии электронов с магнитным полем атомного ядра. Из-за того, что электроны могут проникать внутрь ядра, происходят крошечные сдвиги молекулярных уровней. Эти сдвиги несут информацию о распределении магнитного поля, создаваемого протонами и нейтронами, выступая в роли естественного «зонда» для изучения ядра. Данный эффект, известный как эффект Бора–Вайскопфа, ранее наблюдался только в одиночных атомах, но не в молекулах из-за чрезвычайной сложности расчетов и измерений.
Ученые коллаборации CRIS в ЦЕРНе впервые изучили проявление магнитной структуры ядра в молекуле фторида радия. Им удалось синтезировать молекулы, содержащие короткоживущий изотоп радия-225, и с рекордной точностью измерить их спектр. Полученные данные идеально совпали с теоретическими предсказаниями, выполненными ранее исследователем из ПИЯФ. Это прямое доказательство проявления эффекта Бора–Вайскопфа на молекулярном уровне.
Молекула RaF особенно перспективна для фундаментальной физики. Благодаря уникальной «грушевидной» форме ядра радия-225, в таких системах усиливаются эффекты нарушения фундаментальных симметрий, что делает их идеальным объектом для поиска Новой физики.
«Совпадение теоретических и экспериментальных данных по молекуле RaF демонстрирует, что современные методы молекулярной теории позволяют с субпроцентной точностью описывать взаимодействие электронов с ядром и выявлять тончайшие эффекты. Эта работа — важный шаг к еще более чувствительным экспериментам, в которых мы будем целенаправленно искать проявления Новой физики и нарушения симметрий. Кроме того, развитые нами подходы применимы в задачах прецизионной атомной спектроскопии, лежащей в основе сверхточных атомных часов», — прокомментировал Леонид Скрипников, руководитель проекта, научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, доцент СПбГУ.