Физици използват радиев атом, за да създадат мини "ускорител на частици"

Ваня Милева Последна промяна на 27 October 2025 в 00:00 2643 0

Илюстрация на радиев монофлуорид, показваща крушовидно ядро ​​на радиевия атом, електронен облак (жълт) и електрон (жълта топка със стрелка) и сферично ядро ​​на флуорен атом.

Кредит Ruiz et al 2025, Nature
Илюстрация на радиев монофлуорид, показваща крушовидно ядро ​​на радиевия атом, електронен облак (жълт) и електрон (жълта топка със стрелка) и сферично ядро ​​на флуорен атом.

Нова техника позволява на физиците да надникнат във вътрешността на атомното ядро, използвайки електроните като "пратеник".

Методът може да разкрие прозрения за ранното съществуване на Вселената, без да е необходимо използването на големи и скъпи ускорители на частици.

"Това би могло да даде отговори на някои от най-належащите въпроси в съвременната физика", отбелязва Роналд Фернандо Гарсия Руис (Ronald Fernando Garcia Ruiz), доцент по физика в Масачузетския технологичен институт (MIT) в САЩ.

"Нашите резултати полагат основите за последващи изследвания, целящи измерване на нарушенията на фундаменталните симетрии на ядрено ниво."

Руис и сътрудниците му са измерили енергията на радиевите електрони, обикалящи около молекула радиев монофлуорид, която съдържа радиев и флуорен атом.

Те са избрали тази молекула, защото тя притиска електроните в радиевия атом. Това увеличава вероятността електроните да преминат през ядрото – центъра на атома, където се намират протоните и неутроните.

"В известен смисъл молекулата действа като гигантските ускорители на частици и ни дава по-добър възможност да изследваме ядрото на радия", посочва Силвиу-Мариан Удреску (Silviu-Marian Udrescu), съавтор на изследването, също от MIT.

"Когато поставите този радиоактивен атом вътре в молекула, вътрешното електрическо поле, което неговите електрони изпитват, е с порядъци по-голямо в сравнение с полетата, които можем да произведем и приложим в лаборатория."

Молекулярен капан

Изследователите са успели да измерят прецизно енергиите на тези електрони, като улавят и охлаждат молекулите във вакуумни камери и използват лазери за взаимодействие с молекулите.

Това им позволява да измерят прецизно енергиите на електроните във всяка молекула, както и лекото изместване на енергията, което се случва при проникването им в ядрото на радиевия атом.

Промяната е само една милионна част от енергията на лазера, който екипът е използвал за възбуждане на молекулата.

"Има много експерименти, измерващи взаимодействията между ядра и електрони извън ядрото, и ние знаем как изглеждат тези взаимодействия", разказва съавторът Шейн Уилкинс (Shane Wilkins) от MIT.

"Когато се опитахме да измерим тези електронни енергии много прецизно, резултатите не съвпаднаха съвсем с очакванията ни, ако предположим, че те взаимодействат само извън ядрото. Това ни подсказа, че разликата трябва да се дължи на електронните взаимодействия вътре в ядрото."

Този нов подход означава, че изследователите могат да изследват вътрешността на атома, докато са на лабораторното си бюро, вместо да се нуждаят от огромен ускорител на частици с дължина от няколко километра.

Изследователите са избрали радия заради асиметричната му, крушовидна форма на ядрото, която нарушава фундаменталното разбиране за симетрията в атомите.

Изследователите смятат, че асиметрията на радия може да помогне за изследване на други нарушения на симетрията, като например произхода на огромния дисбаланс между материята и антиматерията във Вселената.

Симетрията между материя и антиматерия

Според най-добрите разбирания на учените, при възникването на Вселената е трябвало да е имало почти равни количества материя и антиматерия. По-голямата част от това, което учените могат да измерят и наблюдават във Вселената, обаче е съставено от материя, чиито градивни елементи са протоните и неутроните в атомните ядра.

Това наблюдение е в противоречие с това, което предсказва нашата най-добра теория за природата, Стандартният модел, и се смята, че са необходими допълнителни източници на фундаментално нарушение на симетрията, за да се обясни почти пълната липса на антиматерия в нашата Вселена. Такива нарушения могат да се видят в ядрата на определени атоми, като например радий.

Екипът се надява да използва новата си техника, за да разкрие силите, действащи вътре в ядрото. Докато експериментите им са включвали само радиеви ядра в молекули при високи температури, сега екипът се стреми да тества тези молекули при по-ниски температури, докато продължава да търси доказателства за произхода на асиметрията между материя и антиматерия.

Справка: S. G. Wilkins et al, Observation of the distribution of nuclear magnetization in a molecule, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adm7717

Източник: With a new molecule-based method, physicists peer inside an atom's nucleus, Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !