Phương pháp "để bàn" mới của MIT cho phép thăm dò hạt nhân nguyên tử qua electron phân tử

Các nhà vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa công bố một phương pháp đột phá nhằm khám phá cấu trúc bên trong của hạt nhân nguyên tử mà không cần đến các máy gia tốc hạt quy mô lớn. Thay vào đó, các nhà khoa học đã sử dụng các electron nằm trong phân tử Monofluoride Radium (RaF) như một đầu dò nội tại. Về cơ bản, đây là một cách tiếp cận "để bàn" và dễ tiếp cận hơn nhiều đối với vật lý cơ bản, mở ra cánh cửa mới cho nghiên cứu cơ bản. Thành tựu quan trọng này đã được trình bày chi tiết trên tạp chí *Science* vào ngày 23 tháng 10 năm 2025.

Cốt lõi của kỹ thuật này là việc tạo ra một phân tử, trong đó nguyên tử Radium liên kết chặt chẽ với nguyên tử Fluorine. Trong môi trường phân tử đặc biệt này, các electron quay quanh hạt nhân Radium phải chịu đựng một trường điện từ nội tại khổng lồ, cường độ vượt xa đáng kể so với các trường có thể tạo ra trong điều kiện phòng thí nghiệm thông thường. Sự khuếch đại mạnh mẽ này làm tăng khả năng các electron có thể tạm thời xuyên qua hạt nhân Radium, tương tác trực tiếp với các proton và neutron bên trong.

Khi thoát ra khỏi hạt nhân, các electron mang theo một sự dịch chuyển năng lượng cực kỳ nhỏ – được ví như một "thông điệp hạt nhân". Các nhà khoa học đã đo lường sự dịch chuyển tinh tế này để thu thập thông tin chi tiết về cấu trúc bên trong của hạt nhân. Lần đầu tiên, kỹ thuật này cho phép đo lường "sự phân bố từ tính" của hạt nhân, một đại lượng mô tả cách các proton và neutron được sắp xếp tương đối với nhau bên trong. Đây là một bước tiến lớn trong việc hiểu rõ cách các thành phần cơ bản của vật chất tương tác.

Tác giả chính của nghiên cứu, Shane Wilkins, đã mô tả việc đặt Radium phóng xạ vào một phân tử là một động thái khoa học hết sức thanh lịch, giúp biến phân tử đó thành một máy va chạm vi mô hiệu quả. Nghiên cứu này được thực hiện với sự hợp tác của thí nghiệm CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment) tại CERN, Thụy Sĩ, nơi các phép đo quan trọng đã được tiến hành. Nhóm nghiên cứu còn có sự tham gia của Ronald Garcia Ruiz và Silviu-Marian Udrescu.

Công trình khoa học này mang lại những hệ quả sâu sắc đối với lĩnh vực vũ trụ học. Hạt nhân Radium nổi tiếng với sự bất đối xứng hình quả lê bất thường, khác biệt rõ rệt với hầu hết các hạt nhân hình cầu khác. Sự biến dạng độc đáo này được giả định là giúp khuếch đại những vi phạm tinh tế đối với các đối xứng cơ bản, những vi phạm có thể cung cấp lời giải thích cho sự chiếm ưu thế của vật chất so với phản vật chất trong Vũ trụ.

Việc lập bản đồ thành công sự phân bố từ tính có thể cung cấp dữ liệu thực nghiệm cực kỳ quan trọng cho các mô hình lý thuyết đang cố gắng giải thích sự mất cân bằng vũ trụ này. Khác biệt hoàn toàn với các phương pháp truyền thống đòi hỏi các tổ hợp máy gia tốc dài hàng kilomet, phương pháp phân tử này nhỏ gọn hơn nhiều và mở ra những chân trời mới để nghiên cứu các phân tử phóng xạ không ổn định khác, bao gồm cả những phân tử có thể hình thành trong các hiện tượng vũ trụ, chẳng hạn như siêu tân tinh.