ТАСС, 27 мая. Физики из проекта ISOLDE впервые измерили свойства короткоживущей молекулы из фтора и радия, а также изучили ее структуру. Эти данные помогут ученым измерить "округлость" электрона. Описание работы опубликовал научный журнал Nature.
"Раньше у нас не было никаких данных о том, как устроены энергетические уровни в подобных молекулах. По сути, нам нужно было найти иголку в огромной темной комнате длиной и шириной в сотни метров. Теперь мы нашли эту иголку, благодаря чему можем узнать о ее свойствах и "поиграть" с ней", – прокомментировал результаты один из авторов исследования доцент Массачусетского технологического института Рональд Гарсия-Руис.
Ученым известны как стабильные элементы, которые не могут самопроизвольно распадаться, так и короткоживущие, жизнь которых измеряется долями наносекунды. Среди них есть как очень тяжелые элементы, такие как плутоний, так и относительно легкие вещества, такие как технеций.
Радиоактивные ядра интересны ученым не только из-за того, что их можно использовать на практике, но и потому, что благодаря им можно изучать внутреннюю структуру оболочек атомов и проверять различные постулаты Стандартной модели – теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц.
Вдобавок, физики предполагают, что вещества, в составе которых есть нестабильные изотопы радиоактивных элементов, можно использовать для изучения явлений, которые связаны с нарушениями так называемой пространственной четности.
Большинство законов физики, как объясняют Гарсия-Руиз и его коллеги, основаны на предположении, что если зеркально отразить Вселенную, то она будет вести себя точно так же, как и та версия, которая нам известна. В середине прошлого века американские физики доказали, что это правило не касается так называемых слабых взаимодействий, которые управляют взаимоотношениями субатомных частиц, электронов и нейтрино, а также различными внутренними процессами в атомах.
Ученые уже много десятилетий пытаются найти в различных вариантах нарушений пространственной четности следы "новой физики", однако пока это сделать не удается, так как измерить многие ее проявления довольно сложно. К примеру, Стандартная модель предсказывает, что электрон будет обладать не идеально круглой, а несколько искаженной формой. Однако подтвердить или опровергнуть это пока не удается из-за того, что это отклонение очень мало.
Фабрика радиоактивных молекул
Гарсия-Руиз и его коллеги, в том числе российские физики из Петербургского института ядерной физики в Гатчине, сделали первый большой шаг к разрешению этих загадок, научившись создавать большие количества нестабильных радиоактивных молекул и измерять их свойства.
Эти опыты ученые проводили на ускорительной установке ISOLDE, которую создали в 1964 году в CERN для того, чтобы создавать различные радиоактивные изотопы и не существующие в природе элементы, а также изучать их свойства. Воспользовавшись способностью этого ускорителя "сортировать" производимые изотопы, физики собрали множество разных изотопов радия, начиная с радия-223 и заканчивая радием-228.
Эти атомы ученые сталкивали с тетрафторметаном – соединением углерода и четырех атомов фтора. В результате образовывались ионизированные молекулы фторида радия (RaF), которые сразу же нейтрализовались парами натрия. Через это облако физики пропускали пучок лазерных лучей, который одновременно охлаждал эти молекулы, повторно ионизировал их и позволял исследователям изучать то, как устроены их электронные оболочки, меняя длину волн лазеров.
Благодаря этому ученые быстро и очень детально изучили внутреннюю структуру молекул RaF и выяснили, что у каждого изотопа радия, в том числе долгоживущего радия-226 и четырех его короткоживущих собратьев с периодом полураспада от нескольких дней до пяти лет, есть небольшие различия.
Успешное завершение этих опытов, как отмечают Гарсия-Руиз и его коллеги, открывает дорогу не только для более точных проверок "округлости" электрона, но и изучения свойств молекул, в которых есть еще более короткоживущие изотопы, которые распадаются за сотни или даже десятки миллисекунд.
С помощью подобные веществ, как надеются ученые, можно будет искать следы новой физики в нарушениях не только пространственной, но и временной четности. Для этого можно будет использовать сверхтяжелые атомы, форма которых очень далека от сферической.