מולקולות רדיום רדיואקטיביות: הצעד הראשון לפתרון תעלומת היעלמות האנטי-חומר

מה הופך את הרדיום לכלי יקר ערך לשאלת החומר מול אנטי-חומר

גרעין הרדיום הוא דמוי-אגס (מעוות אוקטופולית) . רוב גרעיני האטומים הם כדוריים או מוארכים מעט (כמו תפוזים או אבטיחים), אך גרעינים דמויי-אגס הם א-סימטריים. עיוות זה מגביר באופן דרמטי את הרגישות להשפעות מפרות סימטריה – פי 1,000 בערך לעומת גרעינים כדוריים – שיכולות להסביר מדוע חומר שלט על אנטי-חומר ביקום המוקדם . בשילוב עם הרגישות המוגברת של מולקולות לעומת אטומים (פי 1,000 נוסף), מולקולות רדיום מהוות כלי רב-עוצמה יוצא דופן לחקר פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי .

כיצד התגברו החוקרים על אתגרי הטיפול

רדיום הוא יסוד רדיואקטיבי ביותר, תגובתי מאוד, וזמין רק בכמויות זעירות (תחילת העבודה עם כ-1 מ"ג של מלח רדיום חנקתי, שהם כ-1 mCi של פעילות) . הצוות פיתח תהליך רב-שלבי:

• ייצור מטרה חדשני: הם המיסו מלח רדיום, טיפטפו כמויות של מיקרוגרם בודדים על נייר זהב, ושילבו אותם עם מטרות מגיב מוצק (למשל, סידן הידרוקסיד עבור RaOH) בתוך תא נחושת .
• פיצוח בלייזר בגז חוצץ קריוגני: לייזר פועם אידה את המגיבים, והרדיקלים שנוצרו הגיבו בשלב הגז בתוך תא שהוחזק בטמפרטורת 4 קלווין על ידי גז הליום . גז החצץ הקר מיד תרמיזציה (החזיר לטמפרטורת הסביבה) את המולקולות.
• כימיה מונעת אופטית: עבור RaOH, התגובה Ra + H₂O → RaOH + H הונעה על ידי פיצוח לייזר; המולקולות זוהו באמצעות פלואורסצנציה מושרית בלייזר עם רקע נמוך במיוחד .
• בטיחות ובידוד: המכשיר השולחני כולו קומפקטי (גובהו פחות ממטר) ואטום, כך שהרדיואקטיביות נשמרת בפנים תוך מתן גישה ללייזרים לצורך ספקטרוסקופיה .

התהליך הושווה להכנת סוכריות: לוחית המטרה משמשת כמקל סוכרייה, מלח הרדיום כסוכר, וגז החצץ הקר כשלב הקירור שממצק את המוצר הסופי .

השלבים הניסיוניים הבאים

• קירור לייזר ולכידה אופטית: הספקטרום המולקולרי שנמדד מראה של-RaOH ול-RaF מבנים אלקטרוניים התואמים לקירור לייזר, מה שיאפשר את השלב הבא של הפקת דגימות אולטרה-קרות ולכודות .
• מדידות קוונטיות מדויקות: עם מולקולות רדיום קרות ולכודות, החוקרים יבצעו חיפושים מדויקים ביותר אחר מומנטים דיפוליים חשמליים (EDM) ורגעי שיף גרעיניים – סימנים לחלקיקים ולכוחות חדשים שיסבירו את א-סימטריית החומר-אנטי-חומר .
• פרוטוקולי שעון מולקולרי: גישה משלימה המשתמשת ב"שעונים מולקולריים מהונדסים" עם מולקולות איטרביום כבדות, שנועדה לדכא דה-קוהרנטיות ורעש, כדי להגדיל עוד יותר את הרגישות .
• הרחבה לגרעינים אקזוטיים אחרים: השיטה מיועדת להיות ניתנת להכללה לגרעינים אחרים, נדירים ומעוותים אוקטופולית (למשל, רדון, פרוטקטיניום), ובכך תפתח תוכנית רחבה יותר של חישה קוונטית מולקולרית .