Molecole fredde di radio: un passo avanti verso la soluzione del mistero dell'antimateria

Cosa rende il radio prezioso per la questione materia–antimateria

Il nucleo del radio ha una forma a pera (deformazione ottupolare) . La maggior parte dei nuclei atomici è sferica o leggermente allungata (come arance o angurie), ma i nuclei a forma di pera sono asimmetrici. Questa deformazione amplifica notevolmente la sensibilità agli effetti di violazione di simmetria — dell'ordine di 1000 volte superiore rispetto ai nuclei sferici — che potrebbero spiegare perché la materia ha dominato sull'antimateria nell'universo primordiale . Combinata con il potenziamento della sensibilità molecolare rispetto a quella atomica (un altro fattore di circa 1000×), le molecole di radio sono sonde straordinariamente potenti per la fisica oltre il Modello Standard .

Come i ricercatori hanno superato le sfide nella manipolazione

Il radio è altamente radioattivo, altamente reattivo e disponibile solo in quantità minime (a partire da circa 1 mg di sale nitrato di ²²⁶Ra, che corrisponde a circa 1 mCi di attività) . Il team ha sviluppato una soluzione in più fasi:

• Nuova produzione di bersagli: Hanno sciolto il sale di radio, depositato quantità dell'ordine dei microgrammi su un foglio d'oro e abbinato a bersagli di reagenti solidi (ad esempio, idrossido di calcio per il RaOH) all'interno di una cella di rame .
• Ablazione laser in gas buffer criogenico: Un laser pulsato ha vaporizzato i reagenti e i radicali risultanti hanno reagito in fase gassosa all'interno di una cella mantenuta a circa 4 K da un gas buffer di elio . Il gas buffer freddo ha immediatamente termalizzato le molecole.
• Chimica guidata otticamente: Per il RaOH, la reazione Ra + H₂O → RaOH + H è stata innescata dall'ablazione laser; le molecole sono state poi rilevate tramite fluorescenza indotta da laser con un fondo estremamente basso .
• Sicurezza e contenimento: L'intero apparato da banco è compatto (meno di 1 m di altezza) e sigillato, mantenendo la radioattività contenuta e consentendo al contempo l'accesso laser per la spettroscopia .

Il processo è stato paragonato alla preparazione di caramelle: il bersaglio funge da bastoncino, il sale di radio da zucchero e il gas buffer freddo rappresenta la fase di raffreddamento che solidifica il prodotto finale .

Prossimi passi sperimentali

• Raffreddamento laser e intrappolamento ottico: Gli spettri molecolari misurati mostrano che RaOH e RaF hanno strutture elettroniche compatibili con il raffreddamento laser, consentendo il prossimo passo di produzione di campioni ultrafreddi e intrappolati .
• Misure di precisione quantistica: Con molecole di radio fredde e intrappolate, i ricercatori eseguiranno ricerche ad alta precisione di momenti di dipolo elettrico (EDM) e momenti di Schiff nucleari — segnali di nuove particelle e forze che spiegherebbero l'asimmetria materia–antimateria .
• Protocolli di orologi molecolari: Un approccio complementare che utilizza "orologi molecolari progettati" con molecole pesanti di itterbio mira a sopprimere la decoerenza e il rumore, estendendo ulteriormente la sensibilità .
• Estensione ad altri nuclei esotici: Il metodo è progettato per essere generalizzabile ad altri nuclei rari con deformazione ottupolare (ad esempio, radon, proattinio), aprendo un programma più ampio di sensing quantistico molecolare .