Científicos logran por primera vez crear moléculas frías de radio y abren una nueva ventana al misterio de la antimateria

¿Qué hace valioso al radio para la cuestión materia-antimateria?

El núcleo del radio tiene forma de pera (deformación octupolar) . La mayoría de los núcleos atómicos son esféricos o ligeramente alargados (como naranjas o sandías), pero los núcleos con forma de pera son asimétricos. Esta deformación amplifica dramáticamente la sensibilidad a efectos que violan la simetría —en un orden de 1000 veces mayor que los núcleos esféricos— y que podrían explicar por qué la materia dominó sobre la antimateria en el universo primitivo . Combinado con el aumento de sensibilidad molecular sobre la atómica (otro factor de ~1000×), las moléculas de radio son sondas extraordinariamente poderosas para la física más allá del Modelo Estándar .

¿Cómo superaron los investigadores los desafíos de manipulación?

El radio es altamente radiactivo, muy reactivo y está disponible solo en cantidades ínfimas (comenzando con ~1 mg de sal de nitrato de ²²⁶Ra, que es aproximadamente 1 mCi de actividad) . El equipo desarrolló una solución de varios pasos:

• Novedosa producción de blancos: Disolvieron la sal de radio, depositaron alícuotas de microgramos sobre láminas de oro y las emparejaron con blancos de reactivos sólidos (ej., hidróxido de calcio para RaOH) dentro de una celda de cobre .
• Ablación láser en gas tampón criogénico: Un láser pulsado vaporizó los reactivos, y los radicales resultantes reaccionaron en fase gaseosa dentro de una celda mantenida a ~4 K por un gas tampón de helio . El gas tampón frío termalizó inmediatamente las moléculas.
• Química impulsada ópticamente: Para el RaOH, la reacción Ra + H₂O → RaOH + H fue impulsada por ablación láser; las moléculas se detectaron luego mediante fluorescencia inducida por láser con un fondo extremadamente bajo .
• Seguridad y contención: Todo el aparato de mesa es compacto (menos de 1 m de altura) y está sellado, manteniendo la radiactividad contenida mientras permite el acceso del láser para la espectroscopia .

El proceso se comparó con hacer un caramelo: la placa del blanco actúa como el palito de una paleta, la sal de radio como el azúcar y el gas tampón frío como el paso de enfriamiento que solidifica el producto final .

Próximos pasos experimentales

• Enfriamiento láser y atrapamiento óptico: Los espectros moleculares medidos muestran que el RaOH y el RaF tienen estructuras electrónicas compatibles con el enfriamiento láser, lo que permite el siguiente paso: producir muestras ultrafrías y atrapadas .
• Mediciones cuánticas de precisión: Con moléculas de radio frías y atrapadas, los investigadores realizarán búsquedas de alta precisión de momentos dipolares eléctricos (EDM) y momentos nucleares de Schiff — señales de nuevas partículas y fuerzas que explicarían la asimetría materia-antimateria .
• Protocolos de reloj molecular: Un enfoque complementario que utiliza "relojes moleculares diseñados" con moléculas pesadas de iterbio busca suprimir la decoherencia y el ruido, ampliando aún más la sensibilidad .
• Extensión a otros núcleos exóticos: El método está diseñado para ser generalizable a otros núcleos raros con deformación octupolar (ej., radón, protactinio), abriendo un programa más amplio de detección cuántica molecular .