فیزیکدانان مؤسسه فناوری ماساچوست روشی برای مطالعه‌ درون هسته‌ اتم معارفه کرده‌اند که در آن از الکترون‌های خود اتم به گفتن «مطلب‌رسان» درون مولکولی منفعت گیری می‌شود.

به نقل از ساینس‌دیلی، در پژوهشی که در روز ۲۳ اکتبر در مجله‌ ساینس انتشار شد، گروهی از محققان به طور دقیق انرژی الکترون‌هایی را که به دور یک اتم رادیوم که از نظر شیمیایی به یک اتم فلوراید متصل می بود و مونوفلورید رادیوم را راه اندازی می‌داد، اندازه‌گیری کردند. آن‌ها از محیط مولکولی به گفتن یک جانشین میکروسکوپی برای برخورددهنده‌ ذرات منفعت گیری کردند و الکترون‌های اتم رادیوم را محدود کردند و گمان عبور موقت برخی از آن‌ها از هسته را افزایش دادند.

آزمایش‌های سنتی که به بازدید درون هسته می‌پردازند، به شتاب‌دهنده‌هایی چندین کیلومتری وابسته می باشند که پرتوهای الکترون را برای برخورد و تکه‌تکه کردن هسته‌ها شدت می‌بخشند. این رویکرد تازه مولکول‌محور، روشی فشرده و رومیزی برای بازدید مستقیم درون هسته اراعه می‌دهد.

روش رومیزی، مطلب‌های هسته‌ای را تشخیص می‌دهد

محققان با کار با مونوفلورید رادیوم، انرژی الکترون‌های اتم رادیوم را زمان حرکت در درون مولکول ردیابی کردند. آنها تحول کوچکی در انرژی مشاهده کردند و نتیجه گرفتند که برخی از الکترون‌ها باید برای زمان کوتاهی داخل هسته شده و با آنچه در داخل آن قرار دارد، تعامل داشته باشند. با خروج این الکترون‌ها، تحول انرژی را نگه داری کرده و به طور مؤثر یک مطلب هسته‌ای را حمل می‌کنند که ویژگی‌های داخلی هسته را آشکار می‌کند.

این روش مسیری را برای اندازه‌گیری «توزیع مغناطیسی» هسته‌ای باز می‌کند. درون هسته، هر پروتون و نوترون همانند یک آهنربای کوچک حرکت می‌کنند و جهت‌گیری آنها به نحوه چیدمان این ذرات بستگی دارد. این گروه تصمیم دارد برای اولین بار از این روش برای نقشه‌برداری از این ویژگی در رادیوم منفعت گیری کند، گامی که می‌تواند یکی از معماهای مهم کیهان‌شناسی را روشن کند: چرا جهان حاوی ماده زیاد بیشتری نسبت به ضدماده است؟

عدم اعتدال ماده-پادماده و نقش رادیوم

مطابق فهمیدن جاری، جهان اولیه باید تقریبا حاوی مقادیر مساوی ماده و ضدماده می‌می بود. با این حال، تقریبا هر چیزی که امروزه می‌توانیم تشخیص دهیم، ماده‌ای است که از پروتون‌ها و نوترون‌های درون هسته‌های اتمی ساخته شده است.

این مشاهده با انتظارات مدل استاندارد در تضاد است و مشخص می کند که برای توجیه افتپادماده، به منبع های اضافی نقض تقارن اساسی نیاز است. این چنین اثراتی می‌توانند در هسته اتم‌های خاصی، از جمله رادیوم ظاهر شوند. برخلاف اکثر هسته‌ها که تقریبا کروی می باشند، هسته رادیوم شکلی نامتقارن و گلابی همانند دارد. نظریه‌پردازان پیش‌بینی می‌کنند که این هندسه می‌تواند سیگنال‌های نقض تقارن را به اندازه‌ای تحکیم کند که آنها را به طور بالقوه قابل مشاهده کند.

ساخت آزمایش‌های مولکولی فوق حساس بازدید درون هسته رادیوم برای آزمایش تقارن‌های اساسی زیاد چالش‌برانگیز است. این گروه تشخیص داد که جاسازی یک اتم رادیوم در یک مولکول می‌تواند حرکت الکترون‌های آن را محدود و تشدید کند.

جابجایی انرژی، رویارویی الکترون-هسته را آشکار می‌کند

محققان با جفت کردن اتم‌های رادیوم با اتم‌های فلوراید، مونوفلورید رادیوم را تشکیل کردند. در این مولکول، الکترون‌های رادیوم به طور مؤثر فشرده خواهد شد که گمان تعامل آنها با هسته رادیوم و ورود مختصر زمان آنها به آن را افزایش می‌دهد.

سپس آنها مولکول‌ها را به دام انداخته و خنک کردند، آنها را از طریق محفظه‌های خلأ هدایت کردند و با لیزرهایی که برای تعامل با مولکول‌ها طراحی شده بودند، آنها را روشن کردند. این تنظیمات امکان اندازه‌گیری دقیق انرژی الکترون‌ها را در داخل هر مولکول فراهم کرد.

انرژی‌های اندازه‌گیری شده تفاوت ظریفی با انتظارات مبتنی بر الکترون‌هایی که داخل هسته نمی‌شوند، نشان دادند. اگرچه تحول انرژی تنها نزدیک به یک میلیونیم انرژی فوتون لیزری می بود که برای برانگیختن مولکول‌ها منفعت گیری شد، اما شواهد روشنی اراعه داد که الکترون‌ها با پروتون‌ها و نوترون‌ها در داخل هسته رادیوم برهمکنش داشتند.

مرحله های بعدی: نقشه‌برداری از نیروها و آزمایش تقارن‌ها

این گروه تصمیم دارد در ادامه، از این روش تازه برای نقشه‌برداری از توزیع نیروها در داخل هسته منفعت گیری کند. آزمایش‌های آنها تا بحال شامل هسته‌های رادیوم بوده است که در دمای بالا در جهت‌گیری‌های اتفاقی درون هر مولکول قرار می‌گیرند. محققان دوست دارند بتوانند این مولکول‌ها را خنک کنند و جهت‌گیری‌های هسته‌های گلابی شکل آنها را کنترل کنند تا بتوانند محتویات آنها را به طور دقیق نقشه‌برداری کرده و نقض تقارن‌های اساسی را جستجو کنند.

پیش‌بینی می‌شود مولکول‌های حاوی رادیوم، سیستم‌های بسیار حساسی باشند که در آن‌ها می‌توان به جستوجو نقض تقارن‌های اساسی طبیعت گشت. اکنون ما راهی برای انجام این جستجو داریم.