Физики исследовали ядро радия ускорителем из одной молекулы

Лучшая из существующих у человечества на сегодняшний день теория для описания реальности — Стандартная модель. В ее рамках в момент возникновения Вселенной должно было существовать почти равное количество материи и антиматерии. Однако подавляющее большинство нашей измеримой и наблюдаемой реальности составляет материя. 

Ученые считают, что это несовпадение теории и практики могут объяснить еще не найденные источники нарушения фундаментальных симметрий. Симметрии в этом смысле — представления о том, что законы физики работают одинаково при изменениях системы. Симметриями объясняются сохранение энергии, импульса и заряда. 

Нарушения симметрии ученые надеются обнаружить в сложных ядрах атомов. Для поисков выбрали радий — законами физики его ядру предписано быть грушевидной формы, а не симметричным шаром. Оно должно быть асимметрично и по заряду, и по массе. Исследователи считают, что такая форма значительно увеличивает шансы на наблюдение нарушения фундаментальных симметрий.

Физики точно измерили форму ядра свинца-208, и теперь им придется пересмотреть модели атомных яде… Международная исследовательская коллаборация опровергла убеждение, что атомное ядро свинца-208 (²⁰⁸Pb) имеет идеальную сферическую форму. Это открытие ставит под сомнение фундаментальные представле… naked-science.ru

Но заглянуть внутрь радия сложно, радиоактивные ядра относительно быстро распадаются. Более того, обычно эксперименты по исследованию атомных ядер требуют гигантских коллайдеров, способных разгонять частицы до высоких энергий и сталкивать их под наблюдением множества датчиков. 

Международная группа физиков нашла способ стабилизировать радий и избежать использования коллайдеров. Они соединили радиоактивный радий-225 фтором и использовали свойства созданной молекулы для точного управления электронами. Исследователи обнаружили, что в такой молекуле электроны эффективно «сжимаются», что увеличивает вероятность и кратковременного проникновения в ядро атома. Собственные отрицательно заряженные частицы стали диагностическим инструментом ученых. Работа опубликована в журнале Science.

«Когда вы помещаете этот радиоактивный атом внутрь молекулы, влияющее на электроны внутреннее электрическое поле оказывается на порядки превышающим те, которые мы можем создать в лаборатории. В некотором смысле молекула действует как коллайдер и дает нам больше шансов исследовать ядро радия», — объяснил соавтор работы Сильвиу-Мариан Удреску (Silviu-Marian Udrescu).

ВЭПП-6: каким будет новый коллайдер, который даст шанс на понимание природы темной материи Крабовый салат, крабовые чипсы, крабовые палочки, крабовый… коллайдер: что может быть общего у представителя отряда десятиногих ракообразных и физики элементарных частиц? Звучит абсурдно, а на деле… naked-science.ru

Молекулы фторида радия ученые зафиксировали и охладили, а потом провели через систему вакуумных камер. В них с помощью лазеров физики с высокой точностью измерили энергии электронов каждой молекулы. Ученые надеялись, что электроны на короткое время проникнут в ядро радия и провзаимодействуют с его содержимым. 

По результатам измерений физики обнаружили, что энергия электронов действительно отличалась от теоретических расчетов для случая без проникновения в ядро. Вернувшиеся из ядра электроны сохранили энергетический сдвиг. Он оказался крайне мал — одна миллионная от энергии лазерного фотона— но физики называют это однозначным доказательством взаимодействия электронов молекулы с протонами и нейтронами внутри ядра радия. Такое ядерное «сообщение» можно проанализировать для определения внутренней структуры атомного ядра. 

Теперь у физиков есть доказательство возможности производить измерения короткоживущего ядра без его разрушения. Авторы статьи планируют применить новую методику для создания карт распределения сил внутри атомного ядра и поиска нарушений фундаментальных симметрий.