لأول مرة في التاريخ: علماء ينتجون جزيئات الراديوم الباردة في مختبر كوني مصغر

لماذا الراديوم مهم لحل لغز المادة المضادة؟

نواة ذرة الراديوم على شكل كمثرى (مشوهة ثماني القطب) . معظم النوى الذرية كروية أو بيضاوية قليلاً، لكن النوى الكمثرية الشكل غير متماثلة. هذا التشوه يضخم بشكل هائل حساسية التأثيرات التي تخالف التناظر — بمقدار 1000 مرة مقارنة بالنوى الكروية — مما قد يفسر لماذا سادت المادة على المادة المضادة في الكون المبكر .

وعند إضافة تعزيز الحساسية الجزيئية (أيضًا 1000 مرة) فوق تعزيز النواة، تصبح جزيئات الراديوم أدوات قوية بشكل استثنائي لاستكشاف فيزياء ما وراء النموذج القياسي .

كيف تغلب الباحثون على صعوبات التعامل مع الراديوم؟

الراديوم عنصر شديد الإشعاع، شديد التفاعل الكيميائي، ومتوفر بكميات ضئيلة جدًا (بدؤوا بحوالي 1 مليجرام من ملح نترات الراديوم ²²⁶Ra، وهو نشاط إشعاعي يبلغ حوالي 1 ملي كوري) . طور الفريق حلاً متعدد الخطوات:

• إنتاج هدف جديد: أذابوا ملح الراديوم ووضعوا أجزاء دقيقة جدًا (ميكروجرام) على رقائق ذهبية، ودمجوها مع أهداف صلبة من مواد متفاعلة (مثل هيدروكسيد الكالسيوم لصنع RaOH) داخل خلية نحاسية .
• الاستئصال بالليزر في غاز تبريد فائق البرودة: استخدم ليزر نابض لتبخير المواد المتفاعلة، لتتفاعل الجذور الحرة الناتجة في الطور الغازي داخل خلية مبردة إلى حوالي 4 درجات كلفن بواسطة غاز الهيليوم، مما أدى فورًا إلى تبريد الجزيئات .
• كيمياء مدفوعة بالليزر: بالنسبة لـ RaOH، تم دفع التفاعل Ra + H₂O → RaOH + H بواسطة الاستئصال بالليزر، ثم تم كشف الجزيئات عبر مطيافية التألق المستحث بالليزر مع خلفية ضئيلة للغاية .
• السلامة والاحتواء: الجهاز كاملًا صغير الحجم (أقل من متر واحد ارتفاعًا) ومحكم الإغلاق، مما يحافظ على الإشعاع داخل الجهاز مع السماح لأشعة الليزر بالدخول .

وصف الباحثون العملية بأنها تشبه صنع الحلوى: لوحة الهدف تشبه عود المصاصة، ملح الراديوم يشبه السكر، وغاز التبريد هو خطوة التبريد التي تصلب المنتج النهائي .

الخطوات التجريبية التالية

• التبريد بالليزر والمصائد الضوئية: القياسات الطيفية التي تم الحصول عليها تُظهر أن جزيئات RaOH وRaF تمتلك بنية إلكترونية مناسبة للتبريد بالليزر، مما سيمكن من إنتاج عينات فائقة البرودة في مصائد .
• قياسات كمومية فائقة الدقة: مع جزيئات الراديوم الباردة المحصورة، سيبحث العلماء بدقة عالية عن العزوم ثنائية القطب الكهربائية (EDMs) وعزوم شيف النووية — وهي إشارات تدل على وجود جسيمات وقوى جديدة قد تفسر تفوق المادة على المادة المضادة .
• بروتوكولات الساعة الجزيئية: نهج تكميلي يستخدم 'ساعات جزيئية مهندسة' مع جزيئات إيتربيوم ثقيلة لتقليل فك الترابط والضوضاء، مما يزيد من الحساسية .
• التوسع لنوى غريبة أخرى: تم تصميم الطريقة لتكون قابلة للتطبيق على نوى أخرى نادرة ومشوهة (مثل الرادون والبروتكتينيوم)، مما يفتح الباب لبرنامج أوسع من الاستشعار الكمومي الجزيئي .