Saintis Berjaya Cipta Molekul Radium Sejuk Buat Kali Pertama

Mengapa Radium Bernilai untuk Persoalan Jirim–Antijirim

Nukleus radium adalah berbentuk pear (octupole-deformed) . Kebanyakan nukleus atom berbentuk sfera atau sedikit memanjang (seperti oren atau tembikai), tetapi nukleus berbentuk pear adalah asimetri. Ubah bentuk ini menguatkan secara dramatik kepekaan terhadap kesan yang melanggar simetri — dalam lingkungan 1,000 kali ganda lebih besar daripada nukleus sfera — yang boleh menjelaskan mengapa jirim mendominasi antijirim di alam semesta awal . Digabungkan dengan peningkatan kepekaan molekul berbanding atom (kira-kira ~1,000× lagi), molekul radium adalah prob yang sangat berkuasa untuk fizik di luar Model Standard .

Bagaimana Penyelidik Mengatasi Cabaran Pengendalian

Radium sangat radioaktif, sangat reaktif, dan hanya tersedia dalam kuantiti yang sangat kecil (bermula dengan ~1 mg garam nitrat ²²⁶Ra, iaitu kira-kira 1 mCi aktiviti) . Pasukan ini membangunkan penyelesaian pelbagai langkah:

• Penghasilan sasaran novel: Mereka melarutkan garam radium, menitiskan kuantiti mikrogram ke atas kerajang emas, dan memasangkannya dengan sasaran reagen pepejal (cth., kalsium hidroksida untuk RaOH) di dalam sel kuprum .
• Ablasi laser dalam gas penampan kriogenik: Laser berdenyut mengewapkan reagen, dan radikal yang terhasil bertindak balas dalam fasa gas di dalam sel yang dikekalkan pada ~4 K oleh gas penampan helium . Gas penampan sejuk serta-merta menstabilkan suhu molekul.
• Kimia dipacu optik: Untuk RaOH, tindak balas Ra + H₂O → RaOH + H dipacu oleh ablasi laser; molekul kemudian dikesan melalui pendarfluor teraruh laser dengan latar belakang yang sangat rendah .
• Keselamatan dan pembendungan: Keseluruhan radas meja adalah padat (di bawah 1 m tinggi) dan tertutup, mengekalkan radioaktiviti terkandung sambil membenarkan akses laser untuk spektroskopi .

Proses ini diibaratkan seperti membuat gula-gula: plat sasaran bertindak seperti batang lolipop, garam radium seperti gula, dan gas penampan sejuk seperti langkah penyejukan yang memejalkan produk akhir .

Langkah Eksperimen Seterusnya

• Penyejukan laser dan perangkap optik: Spektrum molekul yang diukur menunjukkan bahawa RaOH dan RaF mempunyai struktur elektronik yang serasi dengan penyejukan laser, membolehkan langkah seterusnya untuk menghasilkan sampel ultrasejuk dan terperangkap .
• Pengukuran ketepatan kuantum: Dengan molekul radium yang sejuk dan terperangkap, penyelidik akan melakukan carian berketepatan tinggi untuk momen dipol elektrik (EDM) dan momen Schiff nuklear — isyarat zarah dan daya baharu yang akan menerangkan asimetri jirim–antijirim .
• Protokol jam molekul: Pendekatan pelengkap menggunakan "jam molekul kejuruteraan" dengan molekul iterbium berat bertujuan untuk menekan nyahkoheren dan bunyi, seterusnya melanjutkan kepekaan .
• Pelanjutan kepada nukleus eksotik lain: Kaedah ini direka untuk digeneralisasikan kepada nukleus berbentuk octupole-deformed lain yang jarang ditemui (cth., radon, protaktinium), membuka program pengesanan kuantum molekul yang lebih luas .