Terobosan Baru: Molekul Radium Dingin Siap Bantu Ilmuwan Pecahkan Teka-teki Antimateri

Apa yang Membuat Radium Begitu Berharga untuk Pertanyaan Materi–Antimateri

Inti atom radium berbentuk seperti buah pir (terdeformasi oktupol) . Sebagian besar inti atom berbentuk bulat atau sedikit memanjang (seperti jeruk atau semangka), tetapi inti berbentuk buah pir ini asimetris. Deformasi ini secara dramatis memperkuat kepekaan terhadap efek pelanggaran simetri — sekitar 1.000 kali lebih besar dibandingkan inti bulat — yang bisa menjelaskan mengapa materi mendominasi antimateri di alam semesta awal . Jika digabungkan dengan peningkatan kepekaan molekuler dibandingkan atom (sekitar ~1.000 kali lipat), molekul radium menjadi alat yang sangat kuat untuk menyelidiki fisika di luar Model Standar .

Bagaimana Peneliti Mengatasi Tantangan Penanganan Radium

Radium sangat radioaktif, sangat reaktif, dan hanya tersedia dalam jumlah yang sangat kecil (dimulai dengan ~1 mg garam nitrat ²²⁶Ra, yang setara dengan aktivitas ~1 mCi) . Tim mengembangkan solusi multi-langkah:

• Produksi target baru: Garam radium dilarutkan, kemudian diteteskan dalam jumlah mikrogram ke atas lembaran emas, dan dipasangkan dengan target reaktan padat (misalnya, kalsium hidroksida untuk RaOH) di dalam sel tembaga .
• Ablasi laser dalam gas penyangga kriogenik: Laser berdenyut menguapkan reaktan, dan radikal yang dihasilkan bereaksi di fase gas di dalam sel yang dijaga pada suhu ~4 K oleh gas helium sebagai penyangga . Gas penyangga yang dingin langsung menstabilkan suhu molekul.
• Kimia yang digerakkan secara optik: Untuk RaOH, reaksi Ra + H₂O → RaOH + H didorong oleh ablasi laser; molekul kemudian dideteksi melalui fluoresensi induksi laser dengan latar belakang yang sangat rendah .
• Keamanan dan pengungkungan: Seluruh alat desktop berukuran kompak (tinggi kurang dari 1 m) dan tertutup rapat, sehingga radioaktivitas tetap terkendali sambil tetap memungkinkan akses laser untuk spektroskopi .

Proses ini diibaratkan seperti membuat permen: pelat target bertindak seperti stik lolipop, garam radium seperti gula, dan gas penyangga dingin seperti langkah pendinginan yang memadatkan produk akhir .

Langkah Eksperimen Selanjutnya

• Pendinginan laser dan perangkap optik: Spektrum molekuler yang diukur menunjukkan bahwa RaOH dan RaF memiliki struktur elektronik yang kompatibel dengan pendinginan laser, memungkinkan langkah selanjutnya untuk menghasilkan sampel ultradingin yang terperangkap .
• Pengukuran presisi kuantum: Dengan molekul radium yang dingin dan terperangkap, para peneliti akan melakukan pencarian presisi tinggi untuk momen dipol listrik (EDM) dan momen Schiff nuklir — sinyal dari partikel dan gaya baru yang akan menjelaskan asimetri materi–antimateri .
• Protokol jam molekuler: Pendekatan komplementer menggunakan "jam molekuler rekayasa" dengan molekul iterbium berat bertujuan untuk menekan dekoherensi dan kebisingan, sehingga semakin memperluas kepekaan pengukuran .
• Perluasan ke inti eksotis lainnya: Metode ini dirancang untuk dapat diterapkan pada inti-inti langka lainnya yang terdeformasi oktupol (misalnya, radon, protaktinium), membuka program yang lebih luas dalam penginderaan kuantum molekuler .