Nowatorska "laboratoryjna" metoda MIT umożliwia wgląd w jądro atomowe za pomocą elektronów molekularnych

Fizycy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) ogłosili opracowanie przełomowej metody badawczej, pozwalającej na analizę wewnętrznej struktury jądra atomowego bez konieczności użycia wielkoskalowych akceleratorów cząstek. Zamiast budować ogromne maszyny, naukowcy wykorzystali elektrony znajdujące się w cząsteczce monoflorku radu (RaF) jako wewnętrzną sondę. Jest to w zasadzie dostępne, kompaktowe podejście, które można określić mianem "laboratoryjnego" w kontekście fizyki fundamentalnej. Osiągnięcie to zostało szczegółowo opisane i zaprezentowane w prestiżowym czasopiśmie Science, w wydaniu z dnia 23 października 2025 roku.

Istota tej nowatorskiej techniki polega na stworzeniu molekuły, w której atom radu jest chemicznie związany z atomem fluoru. W tym specyficznym środowisku molekularnym elektrony krążące na orbitach wokół jądra radu są poddawane działaniu potężnego, wewnętrznego pola elektrycznego. Intensywność tego pola znacznie przewyższa moc pól, które można by sztucznie wytworzyć w standardowych warunkach laboratoryjnych. To nadzwyczajne wzmocnienie pola elektrycznego zwiększa prawdopodobieństwo, że elektrony na bardzo krótki czas wnikną do jądra radu, wchodząc w interakcję z jego składowymi – protonami i neutronami. Opuszczając jądro, elektrony niosą ze sobą subtelną, mierzalną zmianę energii – swoisty "komunikat jądrowy", który badacze zmierzyli, aby uzyskać bezcenne informacje o wewnętrznej budowie i organizacji jądra.

Ta innowacyjna metoda po raz pierwszy w historii umożliwia precyzyjny pomiar jądrowego "rozkładu magnetycznego", który szczegółowo opisuje wzajemne ułożenie protonów i neutronów wewnątrz jądra. Główny autor badania, Shane Wilkins, określił umieszczenie radioaktywnego radu w cząsteczce jako niezwykle elegancki manewr naukowy, który efektywnie przekształca molekułę w funkcjonalny, choć mikroskopijny, zderzacz cząstek. Badania te nie byłyby możliwe bez ścisłej współpracy z eksperymentem CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment) w CERN w Szwajcarii, gdzie dokonano kluczowych pomiarów spektroskopowych. W skład zespołu badawczego, który przyczynił się do tego odkrycia, wchodzili również Ronald Garcia Ruiz oraz Silviu-Marian Udrescu.

Praca ta ma dalekosiężne i doniosłe implikacje, szczególnie dla kosmologii. Jądro radu jest wyjątkowe, ponieważ charakteryzuje się nietypową asymetrią w kształcie gruszki, co stanowi wyraźny kontrast w stosunku do większości jąder atomowych, które są sferyczne. Przypuszcza się, że ta specyficzna deformacja wzmacnia subtelne naruszenia fundamentalnych symetrii fizycznych. Takie naruszenia mogą z kolei stanowić klucz do wyjaśnienia dominacji materii nad antymaterią we Wszechświecie. Pomyślne zmapowanie rozkładu magnetycznego może dostarczyć krytycznych danych empirycznych niezbędnych do weryfikacji modeli teoretycznych tłumaczących tę kosmiczną nierównowagę. W przeciwieństwie do tradycyjnych podejść, wymagających budowy wielokilometrowych kompleksów akceleratorów, metoda molekularna jest znacznie bardziej kompaktowa i otwiera nowe horyzonty dla badania innych niestabilnych cząsteczek promieniotwórczych, w tym tych, które mogą powstawać w ekstremalnych zjawiskach kosmicznych, na przykład podczas eksplozji supernowych.