Вчені розкрили серце атома — і натрапили на таємницю Всесвіту

Фізики з Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили нову техніку, що дозволяє «зазирнути» всередину атомного ядра, використовуючи електрони як природні зонди.

Замість гігантських прискорювачів частинок команда створила молекули монофториду радію (RaF), у яких електрони періодично проникають у ядро атома радію та повертаються з «інформацією» про його внутрішню структуру. Це відкриття дає змогу досліджувати порушення фундаментальних симетрій природи, які можуть пояснити, чому Всесвіт складається переважно з матерії, а не антиматерії.

«Молекули, що містять радій, є надзвичайно чутливими системами, в яких можна шукати порушення фундаментальних симетрій природи», — пояснив Рональд Фернандо Гарсія Руїс, доцент MIT.

Грушоподібне ядро як підсилювач асиметрії

На відміну від більшості ядер, які мають майже сферичну форму, ядро радію деформоване — схоже на грушу. Така асиметрія за зарядом і масою робить його природним підсилювачем ефектів порушення симетрії. Це означає, що навіть дуже слабкі взаємодії можуть проявитися досить сильно, щоб їх зафіксували сучасні експерименти.

«Передбачається, що ядро радію є підсилювачем порушення симетрії, — зазначає Гарсія Руїс. — Тепер у нас є спосіб провести це дослідження».

Електрони як атомні зонди

Дослідники з’єднали атоми радію з атомами фтору, утворивши RaF, а потім охолодили ці молекули і досліджували їх лазерами. У процесі вимірювань вони зафіксували надзвичайно мале, але реальне зрушення енергії електронів — близько однієї мільйонної частини енергії фотона, що свідчило про взаємодію електронів всередині ядра, а не лише зовні.

«Це як виміряти електричне поле всередині батареї — завдання майже неможливе. Але ми змогли це зробити», — підкреслив Гарсія Руїс.

Від молекули — до космології

Такі вимірювання дозволять створити першу карту внутрішнього магнітного розподілу ядра радію — своєрідну текстуру з вирівнювання протонів і нейтронів. Це може допомогти знайти нові джерела порушення симетрії заряд–парність (CP), які в Стандартній моделі майже не пояснені.

«Наші результати закладають основу для вимірювання порушень фундаментальних симетрій на ядерному рівні», — зазначає Гарсія Руїс.

Якщо експерименти підтвердять підозрювані асиметрії, вони можуть розкрити ключ до розуміння того, чому матерія переважає над антиматерією у Всесвіті. Команда MIT планує вдосконалити метод, охолодивши молекули до контрольованих станів, щоб отримати ще точнішу карту внутрішніх сил у ядрі радію — можливо, один із найчутливіших експериментів сучасної фізики.