Kernphysiker führen erste präzise Messungen von Radiummonofluorid durch

Zum ersten Mal haben Kernphysiker ein kurzlebiges radioaktives Molekül, Radiummonofluorid (RaF), präzise gemessen. In ihrer im Fachmagazin veröffentlichten Studie Natürliche PhysikDie Forscher kombinierten Ionenfallentechniken mit speziellen Lasersystemen, um kleinste Details der Quantenstruktur von RaF zu messen.

Dieser Ansatz ermöglichte es, die Rotationsenergieniveaus dieses Moleküls zu charakterisieren und sein Laserkühlungsmuster zu bestimmen. Laserkühlung ist eine Methode, die Laserlicht verwendet, um Atome und Moleküle zu verlangsamen und einzufangen. Diese Ergebnisse stellen einen entscheidenden Schritt für zukünftige Experimente dar, die darauf abzielen, RaF-Moleküle mittels Laser zu kühlen und einzufangen.

Wissenschaftler haben vorhergesagt, dass Moleküle, die schwere, birnenförmige Kerne wie Radium enthalten, sehr empfindlich auf elektroschwache Eigenschaften des Kerns und auf Physik jenseits des Standardmodells reagieren. Dazu gehören Phänomene, die Parität und Zeitumkehrsymmetrie verletzen. Zeitinversionsverletzungen sind über die derzeitigen Beschränkungen hinaus eine wesentliche Voraussetzung für die Erklärung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie des Universums. Die neuen Ergebnisse ermöglichen Forschern eine detaillierte Charakterisierung der Quantenstruktur von RaF und ebnen den Weg für die Verwendung dieses Moleküls in zukünftigen Experimenten zur Suche nach solchen Effekten.

Radioaktive Moleküle mit verzerrten Oktupolkernen wie Radium (Ra) versprechen außergewöhnliche Quantensysteme für die Erforschung von Teilchen und den Grundkräften der Natur. Die einzigartige birnenförmige Form des Radiumkerns kann in Kombination mit der Energieniveaustruktur eines polaren Moleküls zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber symmetrieverletzenden Kerneigenschaften von mehr als fünf Größenordnungen im Vergleich zu stabilen Atomen führen.

Die Forscher – Kernphysiker des Massachusetts Institute of Technology und Mitarbeiter – untersuchten die detaillierte Struktur von RaF spektroskopisch und führten ihre Arbeit im Rahmen des Experiments Collinear Resonance Ionization Spectroscopy (CRIS) an der Beam Facility radioaktiver Ionen der Europäischen Organisation für durch Online-Isotopentrenner für Kernforschung (ISOLDE – CERN).

Die Methode der Forscher ermöglichte es, die Energieniveaus von RaF mit hoher Empfindlichkeit abzubilden und so ein Laserkühlungsschema zu bestimmen, um dieses Molekül zu verlangsamen und einzufangen. Wissenschaftler entwickeln rasch Methoden zur Überwachung und Untersuchung ultrakalter Moleküle. Diese Methoden eröffnen in Kombination mit den neuen Fähigkeiten radioaktiver Strahlanlagen zur Produktion großer Mengen radioaktiver Moleküle, wie sie am CERN (Schweiz) und am FRIB (USA) durchgeführt werden, neue Grenzen bei der Erforschung von Atomkernen und der Verletzung fundamentaler Symmetrien. von Natur.