里程碑！科学家首次制备冷放射性镭分子，开启量子精密测量新纪元

镭对破解“反物质之谜”的独特价值

镭的原子核具有独特的梨形（八极形变） 。大多数原子核是球形或略微拉长的（像橘子或西瓜），而梨形原子核是非对称的。这种形变会极大地放大对对称性破缺效应的敏感度——比球形原子核高出约1000倍——这可能解释早期宇宙中物质为何战胜了反物质 。结合分子相比原子带来的额外增强（约1000倍），镭分子成为探测超越标准模型物理学的极其强大的工具 。

研究人员如何攻克处理难题

镭具有高放射性、高化学反应活性，且只能获得极少量（起始材料约为1毫克的²²⁶Ra硝酸盐，活性约为1毫居里）。研究团队开发了多步骤解决方案：

• 新型靶材制备： 他们将镭盐溶解，将微克量级的液滴滴铸在金箔上，并与固体反应物靶材（例如，生产RaOH所需的氢氧化钙）配对，置于铜制反应腔内 。
• 低温缓冲气体中的激光烧蚀： 脉冲激光蒸发试剂，产生的自由基在充满氦缓冲气体、温度保持在约4开尔文的反应腔中于气相中反应 。冷的缓冲气体立即将分子冷却并稳定下来。
• 光驱动化学反应： 对于RaOH，由激光烧蚀驱动化学反应 Ra + H₂O → RaOH + H；然后通过极低背景的激光诱导荧光技术检测分子 。
• 安全与密闭： 整个桌面装置非常紧凑（高度不到1米）且完全密封，在确保放射性物质被有效封闭的同时，允许激光通过进行光谱分析 。

这个过程被比作制作糖果：靶板像棒棒糖的棍子，镭盐像糖，而冷缓冲气体就像冷却固化最终产品的步骤 。

下一步实验计划

• 激光冷却与光学捕获： 测量到的分子光谱显示，RaOH 和 RaF 的电子结构适合激光冷却，为下一步制备超冷、捕获的样品铺平了道路 。
• 量子精密测量： 利用冷、捕获的镭分子，研究人员将进行高精度搜索电偶极矩（EDM） 和原子核Schiff矩——这些是新粒子和新力的信号，可以解释物质-反物质不对称性 。
• 分子钟协议： 一种补充方法旨在使用重镱分子构建“工程分子钟”，以抑制退相干和噪声，进一步提高灵敏度 。
• 扩展到其他奇异原子核： 该方法旨在推广到其他稀有、八极形变原子核（如如氡、镤），从而开启更广泛的分子量子传感研究计划 。