科學家在物理學的極端情況下測量放射性分子

科學

一個國際團隊對鐳核的大小如何改變含有不同鐳同位素的分子結構進行了世界上首次測量。該研究在 CERN 的同位素質(zhì)量分離器在線 (ISOLDE) 放射性離子束設施中使用了激光和離子阱的組合。該團隊研究了一氟化鐳 (RaF) 分子的量子結構。量子結構決定了能級以及這些能級在不同條件下如何變化。科學家預測，RaF 分子可用于研究自然界中發(fā)現(xiàn)的某些基本對稱性的破壞。該團隊測量了其中一個鐳原子核時電子能級的變化被不同的同位素取代。這表明這些分子對短距離內(nèi)電子和原子核的相互作用具有極高的敏感性。

影響

精確測量能級和修改分子核中中子數(shù)量的能力為研究開辟了新的方向。大爆炸應該創(chuàng)造了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。違反基本對稱性可以解釋為什么我們的宇宙中物質(zhì)比反物質(zhì)多。含有鐳等重元素同位素的放射性分子是研究違反這些基本對稱性的理想選擇?？茖W家還認為，他們的實驗進展可以應用于研究被其他放射性分子創(chuàng)造了在超新星和其他恒星爆炸。但是科學家們有限的觀察工具阻止了他們在太空中的識別。因此，放射性分子的實驗室研究將有助于指導未來的天體物理觀測。

概括

放射性分子有望在基礎物理和化學前沿帶來激動人心的新機遇。然而，它們在自然界中非常罕見，有些根本不存在于自然界。這意味著它們必須在專門的設施中人工制造。此外，它們的壽命可以短至幾天或幾分之一秒，因此研究它們需要極其敏感的實驗技術。稀有同位素束的設施(FRIB) 是能源部 (DOE) 的一個用戶設施，將于 2022 年開始運營，它將提供對含有最重元素同位素的分子的獨特訪問。該設施當前技術的未來發(fā)展將為基礎物理學的發(fā)現(xiàn)提供一個新平臺。這將促進對自然界基本對稱性的理解，并促進對重元素化學和核結構的理解。

資金

這項工作得到了能源部、ERC Consolidator Grant、核物理辦公室、MISTI 全球種子基金、Deutsche Forschungsgemeinschaft(德國研究基金會)、STFC、歐內(nèi)斯特盧瑟福贈款、FWOVlaanderen 項目、贈款的支持協(xié)議、俄羅斯科學基金會、BMBF、中國國家重點研發(fā)計劃和中國國家自然科學基金。

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