Première mondiale : des molécules de radium radioactif créées et refroidies en laboratoire pour sonder l'asymétrie matière-antimatière

Qu'est-ce qui rend le radium précieux pour la question matière-antimatière

Le noyau du radium a une forme de poire (déformation octupolaire) . La plupart des noyaux atomiques sont sphériques ou légèrement allongés (comme des oranges ou des melons), mais les noyaux en forme de poire sont asymétriques. Cette déformation amplifie considérablement la sensibilité aux effets de violation de symétrie — d'un facteur d'environ 1 000 par rapport aux noyaux sphériques — qui pourraient expliquer pourquoi la matière a dominé l'antimatière dans l'Univers primordial . Combinée à l'amplification moléculaire par rapport aux atomes (un autre facteur d'environ 1 000), les molécules de radium deviennent des sondes extraordinairement puissantes pour la physique au-delà du Modèle Standard .

Comment les chercheurs ont surmonté les défis de manipulation

Le radium est hautement radioactif, extrêmement réactif et n'est disponible qu'en quantités infimes (à partir d'environ 1 mg de sel de nitrate de ²²⁶Ra, soit une activité d'environ 1 mCi) . L'équipe a développé une solution en plusieurs étapes :

• Nouvelle méthode de préparation de cible : Ils ont dissous le sel de radium, déposé des aliquotes de l'ordre du microgramme sur une feuille d'or, et les ont associés à des cibles de réactifs solides (par exemple, hydroxyde de calcium pour RaOH) à l'intérieur d'une cellule en cuivre .
• Ablation laser dans un gaz tampon cryogénique : Un laser pulsé a vaporisé les réactifs, et les radicaux obtenus ont réagi en phase gazeuse à l'intérieur d'une cellule maintenue à ~4 K par un gaz tampon d'hélium . Le gaz tampon froid a immédiatement thermalisé les molécules.
• Chimie pilotée optiquement : Pour le RaOH, la réaction Ra + H₂O → RaOH + H a été déclenchée par l'ablation laser ; les molécules ont ensuite été détectées par fluorescence induite par laser avec un bruit de fond extrêmement faible .
• Sécurité et confinement : L'ensemble du dispositif de laboratoire est compact (moins de 1 m de haut) et scellé, maintenant la radioactivité confinée tout en permettant l'accès laser pour la spectroscopie .

Le processus a été comparé à la fabrication de bonbons : la plaque-cible agit comme un bâtonnet de sucre d'orge, le sel de radium comme le sucre, et le gaz tampon froid comme l'étape de refroidissement qui solidifie le produit final .

Prochaines étapes expérimentales

• Refroidissement laser et piégeage optique : Les spectres moléculaires mesurés montrent que RaOH et RaF ont des structures électroniques compatibles avec le refroidissement laser, permettant la prochaine étape : produire des échantillons ultra-froids et piégés .
• Mesures de précision quantique : Avec des molécules de radium froides et piégées, les chercheurs effectueront des recherches de haute précision de moments dipolaires électriques (EDM) et de moments de Schiff nucléaires — des signatures de nouvelles particules et forces qui expliqueraient l'asymétrie matière-antimatière .
• Protocoles d'horloge moléculaire : Une approche complémentaire utilisant des "horloges moléculaires conçues" avec des molécules lourdes d'ytterbium vise à supprimer la décohérence et le bruit, étendant encore la sensibilité .
• Extension à d'autres noyaux exotiques : La méthode est conçue pour être généralisable à d'autres noyaux rares à déformation octupolaire (par exemple, le radon, le protactinium), ouvrant un programme plus large de détection quantique moléculaire .