MIT的新型“桌面”方法：利用分子电子窥探原子核内部结构

麻省理工学院（MIT）的物理学家们宣布，他们成功研发出一种开创性的方法，用于探索原子核的内部构造，而无需依赖大型粒子加速器。这项技术的核心在于利用单氟化镭（RaF）分子中的电子作为内部探针，本质上提供了一种可行的、“桌面级”的基础物理学研究途径，极大地降低了研究门槛。这一重大成就已于2025年10月23日发表在权威期刊《科学》（Science）上，标志着核物理研究迈入了新的阶段。

该方法的精妙之处在于构建一个镭原子与氟原子键合的分子环境。在这样的分子结构中，围绕镭核旋转的电子会感受到极其强大的内部电场，其强度远超普通实验室条件下通过外部设备能够产生的电场。这种场强增益极大地提高了电子短暂穿透镭核的可能性，使其能够与核内的质子和中子发生相互作用。当这些电子离开原子核时，它们会带走能量上极其细微的偏移——这可以被视为一种“核信息”或“核信号”，科学家们通过精确测量这一信号，从而获取关于原子核内部排布的宝贵数据。

这项技术首次使得测量核的“磁分布”成为可能，该分布精确描述了质子和中子在原子核内的相互位置关系。该研究的主要作者沙恩·威尔金斯（Shane Wilkins）将把放射性镭置于分子中的做法描述为一种优雅且高效的科学策略，它巧妙地将分子转化成了一个微型对撞机。这项研究是在瑞士欧洲核子研究中心（CERN）与CRIS（共线共振电离光谱实验）项目合作下进行的，所有关键测量均在该中心完成。研究团队成员还包括罗纳德·加西亚·鲁伊斯（Ronald Garcia Ruiz）和西尔维乌-马里安·乌德雷斯库（Silviu-Marian Udrescu）。

这项工作对宇宙学领域具有深远的影响。镭核展现出一种罕见的“梨形”不对称结构，这与大多数呈球形的原子核截然不同。理论界认为，这种独特的畸变能够放大基本对称性中极其微小的破坏，而这种破坏可能正是解释宇宙中物质为何压倒反物质的关键因素。成功绘制出核磁分布图，将为解释这一宇宙失衡现象的理论模型提供至关重要的经验数据支撑，帮助人类理解宇宙的起源。

相较于需要耗费巨大资源和数公里长加速器设施的传统研究方法，这种分子技术无疑更为紧凑便捷，具有极高的实用价值。它不仅为核物理学家提供了一种全新的工具，也为探索其他不稳定的放射性分子开辟了新的研究领域，包括那些可能在宇宙现象中（例如超新星爆发）形成的分子。这种“桌面级”的创新，极大地拓展了我们理解微观世界和宏观宇宙奥秘的边界，预示着基础物理学研究未来可能走向小型化和高精度化。