Překvapivá zjištění někdy přicházejí v malých baleních. A někdy musí být tyto malé balíčky doručeny velmi velkými systémy. Fyzikové v S učinil několik překvapivých zjištění z velmi malé radioaktivní molekuly, která byla vytvořena v urychlovači at CERN . Věří, že pokud budou dostatečně důkladně prozkoumány, mohly by tyto nové typy radioaktivních molekul objasnit, proč je ve vesmíru více hmoty než antihmoty.
Radioaktivní molekuly se mohou zdát zvláštním místem, kde začít hledat odpověď na jednu ze základních otázek, která zarazila moderní fyziku. Ale to nejsou vaše každodenní radioaktivní molekuly – obvykle existují pouze ve spojení neutronových hvězd nebo supernovy . Ve skutečnosti je to poprvé, co byly vytvořeny synteticky.
Video pojednávající o problému asymetrie antihmoty / hmoty, který by nové radioaktivní molekuly mohly pomoci vyřešit.
Kredit – kanál SciShow YouTube
To, co je dělá zajímavými, je jejich počet neutronů. Neutrony obvykle nemají velký vliv na molekulu, protože jsou jedné miliontiny velikosti molekuly, jejíž je součástí. Ale fyzici byli schopni změřit dopad neutronu na energii jeho molekuly. To samo o sobě je průlom, ale v žádném případě to nebyla snadná cesta, jak se tam dostat.
Nejprve museli vědci pod vedením asistenta profesora Ronalda Fernanda Garcia Ruize z MIT vytvořit novou molekulu. Zvláště se zajímali o monofluorid radia (RaF), nestabilní radioaktivní molekulu, která existuje pouze několik sekund po svém vytvoření. Po úspěšném vytvoření některých poprvé v loňském roce obrátili svou pozornost na různé izotopy této nestabilní molekuly.
Umělecké zobrazení molekuly monofluoridu radia.
Kredit - Garcia Ruiz et al.
Dané izotopy obsahovaly různé počty neutronů. K vytvoření těchto různých izotopů výzkumníci vyvinuli disk složený z karbidu uranu a vstřikovaného plynu fluoridu uhličitého. Poté, co jej vědci přerušili nízkoenergetickým protonovým paprskem v CERNu, uvolnili skutečnou zoo nových molekul, včetně 5 různých izotopů RaF.
K zachycení těchto izotopů s krátkou životností použili vědci řadu iontových pastí, laserů a elektromagnetických polí k jejich izolaci. Poté změřili hmotnost každé z 5 molekul, aby odhadli, kolik neutronů obsahuje. Další laserový výbuch pak změřil jak moc stát každé molekuly.
Video popisující práci srážeče částic v CERNu.
Kredit – vědecký kanál YouTube
Překvapivě rozdíl jednoho neutronu může mít měřitelný dopad na celkový kvantový energetický stav molekuly, ve které sedí. Toto zjištění je důležité jako důkaz koncepce, protože by mohlo vést k ještě dramatičtějším zjištěním pro řešení problému problém symetrie.
Jak tedy symetrie zapadají do celého tohoto cvičení vytváření těchto nových radioaktivních molekul? Rádium sám o sobě je na stupnici symetrie trochu mimo, s atomovým jádrem, které má tvar spíše hrušky než symetričtější koule, která je přítomna ve většině ostatních atomů. Zdá se, že použití tohoto off-kilter jádra jako základu pro molekulu RaF činí samotnou molekulu náchylnější ke změnám energetických stavů, které by jinak byly nepostřehnutelné, jako je přítomnost (nebo nepřítomnost) neutronu.
Diskuse o tom, jak měřit kvantové proměnné v klasickém světě.
Kredit – kanál PBS Spacetime YouTube
RaF by tedy mohl být potenciálně použit jako detekční mechanismus pro nekonečně malé síly, které by byly ukazatelem fyziky narušující symetrii. Prokázání její náchylnosti k vlivu neutronu je pouze prvním krokem k mnohem vyladěnější analýze potřebné k prozkoumání symetrie. Ale pokud jsou přítomny téměř nepostřehnutelné efekty, které by naznačovaly síly narušující symetrii, molekula RaF nebo jí podobné jsou pravděpodobně naší nejlepší šancí na jejich detekci.
Jaká by to byla detekce – otázky z antihmota / nerovnováha hmoty na temnou energii by mohla být ovlivněna takový objev . Před případnými překvapivými zjištěními je však třeba udělat ještě hodně práce – včetně zvýšení citlivosti měření energetického rozdílu o několik řádů. Možná by to mohl udělat větší urychlovač částic?
Další informace –
S - Nové vodítka k tomu, proč je ve vesmíru tak málo antihmoty
S - Fyzici poprvé změřili radioaktivní molekulu s krátkou životností
CERN - Izotopové posuny molekul fluoridu rádia
Hlavní obrázek –
Burzovní obrázek představující atomovou strukturu.
Credit - MIT News
