Scienty

Ученые разработали метод использования электронов самого радия для получения данных о структуре атомного ядра. Объединение радиоактивного элемента с фтором обеспечило кратковременное проникновение электронов внутрь ядра.

Фото: img.freepik.com

На сегодняшний день наиболее точная теория, объясняющая устройство реальности, — это Стандартная модель. Согласно ей, в момент зарождения Вселенной количество материи и антиматерии должно было быть практически одинаковым. Тем не менее, подавляющее большинство той материи, которую мы можем измерить и наблюдать, состоит из материи.

По мнению исследователей, расхождение между теоретическими предсказаниями и реальными наблюдениями может указывать на то, что источники нарушения фундаментальных симметрий пока не обнаружены. Симметрии, в данном контексте, определяют представления о том, что законы физики работают одинаково при изменениях системы. Симметриями объясняются сохранение энергии, импульса и заряда.

Ученые возлагают надежды на выявление асимметрий в структуре ядер сложных атомов. В качестве объекта исследований выбран радий, поскольку физические законы обуславливают его ядерную форму, отличную от симметричной сферы – он должен иметь грушевидную структуру. Ядро радия должно проявлять асимметрию как по заряду, так и по массе. Специалисты полагают, что подобная форма существенно повышает вероятность обнаружения отклонений от фундаментальных симметрий.

Изучение структуры радия представляет собой непростую задачу, поскольку радиоактивные ядра подвержены быстрому распаду. К тому же, исследования атомных ядер, как правило, требуют использования мощных коллайдеров, которые позволяют ускорять частицы до высоких энергий и сталкивать их под наблюдением множества датчиков.

Международная группа физиков разработала метод стабилизации радия, исключающий необходимость использования коллайдеров. Ученые объединили радиоактивный радий-225 с фтором и использовали характеристики полученной молекулы для точного контроля над электронами. В ходе исследования было установлено, что в подобной молекуле электроны эффективно «сжимаются», что повышает вероятность и кратковременного проникновения в ядро атома. Собственные отрицательно заряженные частицы стали диагностическим инструментом ученых. Работа опубликована в журнале Science.

«Встраивание радиоактивного атома в молекулу приводит к тому, что внутреннее электрическое поле, воздействующее на электроны, становится значительно сильнее, чем те, которые доступны для создания в лабораторных условиях. По сути, молекула функционирует как коллайдер, предоставляя расширенные возможности для изучения ядра радия», — пояснил один из авторов исследования Сильвиу-Мариан Удреску ( Silviu-Marian Udrescu).

Ученые зафиксировали и охладили молекулы фторида радия, после чего пропустили их через систему вакуумных камер. С помощью лазеров физики с высокой точностью измерили энергии электронов каждой молекулы. Ученые надеялись, что электроны на короткое время проникнут в ядро радия и провзаимодействуют с его содержимым.

Измерения, проведенные в рамках физических исследований, показали, что энергия электронов не соответствовала теоретическим значениям, предполагавшим отсутствие их проникновения в ядро. Электроны, возвращающиеся из ядра сохранили энергетический сдвиг. Он оказался крайне мал — одна миллионная от энергии лазерного фотона— но физики называют это однозначным доказательством взаимодействия электронов молекулы с протонами и нейтронами внутри ядра радия. Такое ядерное «сообщение» можно проанализировать для определения внутренней структуры атомного ядра.

Физики получили подтверждение возможности измерения характеристик нестабильного ядра, не вызывая его распад. В своей работе авторы заявляют о намерении использовать разработанный метод для построения карт распределения сил внутри атомного ядра и выявления отклонений от фундаментальных симметрий.