Новаторський "настільний" підхід MIT: Ядерна фізика через молекулярні електрони

Фізики, які працюють у Массачусетському технологічному інституті (MIT), оголосили про створення революційної методики для дослідження внутрішньої будови атомного ядра. Цей підхід унікальний тим, що він не вимагає залучення великомасштабних прискорювачів частинок, які є надзвичайно дорогими та громіздкими. Натомість, науковці застосували електрони, що містяться у складі молекули монофториду радію (RaF), як своєрідний внутрішній зонд, що дозволяє зазирнути всередину ядра. По суті, це є доступним, "настільним" методом для фундаментальної фізики, що значно демократизує дослідження. Про це значне досягнення, яке може змінити парадигму ядерних досліджень, було повідомлено у виданні Science 23 жовтня 2025 року.

Основна ідея цієї техніки полягає у формуванні молекули, де атом радію з'єднаний з атомом фтору. У цьому молекулярному середовищі електрони, які обертаються навколо ядра радію, піддаються впливу колосального внутрішнього електричного поля. Це поле значно інтенсивніше за будь-які поля, які можна створити у стандартних лабораторних умовах. Таке підсилення різко збільшує ймовірність того, що електрони зможуть на короткий час проникнути всередину ядра радію, де вони взаємодіють з його протонами та нейтронами.

Виходячи з ядра, електрони несуть із собою надзвичайно тонкий зсув енергії — це можна назвати "ядерним повідомленням". Саме цей зсув вчені виміряли, щоб отримати інформацію про внутрішню організацію ядра. Цей інноваційний метод вперше дає змогу виміряти ядерний "магнітний розподіл", який детально описує взаємне розташування протонів і нейтронів. Шейн Вілкінс, провідний автор дослідження, елегантно охарактеризував розміщення радіоактивного радію в молекулі як науковий хід, що перетворює молекулу на мікроскопічний колайдер.

Дослідження проводилося у тісній співпраці з експериментом CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment), що базується у ЦЕРНі, Швейцарія, де безпосередньо здійснювалися необхідні вимірювання. До складу наукової команди, яка працювала над цим проривом, також входили Рональд Гарсіа Руїс та Сільвіу-Маріан Удреску.

Ця робота має глибокі наслідки, особливо для космології та нашого розуміння фундаментальних законів природи. Ядро радію вирізняється незвичайною грушоподібною асиметрією, на відміну від більшості ядер, які є ідеально сферичними. Вважається, що саме ця деформація може підсилювати найтонші порушення фундаментальних симетрій, відомих як CP-порушення. Ці порушення, своєю чергою, можуть пояснити критичне питання: чому у Всесвіті домінує матерія над антиматерією. Успішне картування магнітного розподілу, яке стало можливим завдяки новій техніці, може надати критично важливі емпіричні дані для теоретичних моделей, що пояснюють цей космічний дисбаланс. На відміну від традиційних підходів, які вимагають багатокілометрових комплексів прискорювачів, молекулярний метод є значно компактнішим, швидшим у реалізації та відкриває нові горизонти для вивчення інших нестабільних радіоактивних молекул, зокрема тих, що можуть утворюватися під час високоенергетичних космічних явищ, як-от вибухи наднових зірок.