Новый "настольный" метод MIT позволяет заглянуть в ядро атома через молекулярные электроны

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) объявили о разработке новаторского метода для исследования внутренней структуры атомного ядра, который не требует использования крупномасштабных ускорителей частиц. Вместо этого ученые использовали электроны в составе молекулы монофторида радия (RaF) в качестве внутреннего зонда, что по сути представляет собой доступный, "настольный" подход к фундаментальной физике. Это достижение было представлено в журнале Science от 23 октября 2025 года.

Суть метода заключается в создании молекулы, где атом радия связан с атомом фтора. В этой молекулярной среде электроны, вращающиеся вокруг ядра радия, испытывают колоссальное внутреннее электрическое поле, которое значительно превосходит поля, создаваемые в обычных лабораторных условиях. Это усиление увеличивает вероятность того, что электроны на короткое время проникнут в ядро радия, взаимодействуя с его протонами и нейтронами. При выходе электроны несут с собой тончайший сдвиг в энергии — своего рода "ядерное сообщение", которое ученые измерили для получения информации о внутреннем устройстве ядра.

Эта техника впервые позволяет измерить ядерное "магнитное распределение", которое описывает взаимное расположение протонов и нейтронов. Ведущий автор Шейн Уилкинс охарактеризовал помещение радиоактивного радия в молекулу как элегантный научный ход, превращающий молекулу в микроскопический коллайдер. Исследование проводилось в сотрудничестве с экспериментом CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment) в ЦЕРНе, Швейцария, где были выполнены измерения. В команду также входили Рональд Гарсиа Руис и Сильвиу-Мариан Удреску.

Данная работа имеет глубокие последствия для космологии. Ядро радия обладает необычной грушевидной асимметрией, в отличие от большинства сферических ядер. Эта деформация, как предполагается, усиливает тончайшие нарушения фундаментальных симметрий, которые могут объяснить доминирование материи над антиматерией во Вселенной. Успешное картирование магнитного распределения может предоставить эмпирические данные, критически важные для теоретических моделей, объясняющих этот космический дисбаланс. В отличие от традиционных подходов, требующих многокилометровых ускорительных комплексов, молекулярный метод более компактен и открывает новые горизонты для изучения других нестабильных радиоактивных молекул, в том числе тех, что могут образовываться в космических явлениях, например, в сверхновых.