Feito inédito: moléculas de rádio radioativo são criadas e resfriadas em laboratório para investigar por que a matéria venceu a antimatéria

Por que o rádio é valioso para o estudo da assimetria matéria-antimatéria

O núcleo do átomo de rádio tem um formato peculiar: ele é "em forma de pera" (deformação octupolar) . Diferente da maioria dos núcleos atômicos, que são esféricos ou levemente alongados, essa assimetria amplifica drasticamente a sensibilidade a efeitos de violação de simetria — em até 1.000 vezes mais do que núcleos esféricos — que poderiam explicar por que a matéria dominou sobre a antimatéria no início do Universo . Combinada com a amplificação molecular (outro fator de ~1.000x), as moléculas de rádio se tornam sondas excepcionalmente poderosas para investigar física além do Modelo Padrão .

Como os pesquisadores superaram os desafios

O rádio é altamente radioativo (cerca de 1 milhão de vezes mais radioativo que o urânio), altamente reativo e disponível apenas em quantidades ínfimas (a partir de ~1 mg de sal de nitrato de rádio-226, que equivale a cerca de 1 mCi de atividade) . A equipe desenvolveu uma abordagem em múltiplas etapas:

• Produção de alvos inovadora: O sal de rádio foi dissolvido, e alíquotas de microgramas foram depositadas em folhas de ouro, pareadas com alvos de reagentes sólidos (como hidróxido de cálcio para produzir RaOH) dentro de uma célula de cobre .
• Ablação a laser em gás tampão criogênico: Um laser pulsado vaporizou os reagentes, e os radicais resultantes reagiram em fase gasosa dentro de uma célula mantida a ~4 K por gás hélio . O gás frio imediatamente termalizou as moléculas.
• Química opticamente dirigida: Para o RaOH, a reação Ra + H₂O → RaOH + H foi impulsionada pela ablação a laser; as moléculas foram detectadas via fluorescência induzida por laser, com fundo extremamente baixo .
• Segurança e contenção: Todo o aparato é compacto (menos de 1 metro de altura) e selado, mantendo a radioatividade contida e permitindo acesso óptico para espectroscopia .

O processo foi comparado a fazer balas: a placa alvo age como um palito de picolé, o sal de rádio como o açúcar, e o gás tampão frio como a etapa de resfriamento que solidifica o produto final .

Próximos passos experimentais

• Resfriamento a laser e aprisionamento óptico: Os espectros medidos mostram que RaOH e RaF têm estruturas eletrônicas compatíveis com resfriamento a laser, permitindo o próximo passo de produzir amostras ultrafrias e aprisionadas .
• Medições de precisão quântica: Com moléculas frias e presas, os pesquisadores realizarão buscas de alta precisão por momentos de dipolo elétrico (EDMs) e momentos de Schiff nucleares — sinais de novas partículas e forças que explicariam a assimetria matéria-antimatéria .
• Protocolos de relógio molecular: Uma abordagem complementar usando "relógios moleculares projetados" com moléculas pesadas de itérbio visa suprimir a decoerência e o ruído, estendendo ainda mais a sensibilidade .
• Extensão para outros núcleos exóticos: O método é projetado para ser generalizável a outros núcleos raros com deformação octupolar (por exemplo, radônio e protactínio), abrindo um programa mais amplo de sensoriamento quântico molecular .