Физики сделали прорыв в изучении микромира, применив новые методы исследования радиационных молекул. Впервые за всю историю ученым удалось заглянуть в ядро молекулы, используя электроны в качестве сверхточных зондов. Это открытие открывает новые горизонты в понимании внутренней структуры атомов и, возможно, поможет раскрыть тайны асимметрий в природе, которые до сих пор оставались загадкой.

Как произошел научный прорыв

В новейшем исследовании ученые использовали молекулу радий монофторид (RaF), которая обладает уникальными свойствами, делая её идеальной для подобных экспериментов. Радий в этой молекуле имеет «грушевидную» или «авокадообразную» форму ядра — свойство, которое встречается крайне редко и характерно только для нескольких изотопов в таблице Менделеева. Именно эта особенность позволила ученым сконцентрировать внимание на тонких магнитных структурах внутри ядра.

Радийские ядра известны своей высокой радиоактивностью и кратким жизненным циклом — около 15 дней, что затрудняет их использование. Тем не менее, именно эти изотопы предоставляют уникальную возможность обнаружить такие эффекты, как эффект Бора–Вайскаффа, описывающий распределение магнитных моментов внутри ядра. Это — долгожданное событие в сфере ядерной физики, поскольку ранее подобные явления наблюдались только у отдельных атомов, но никогда — внутри молекул.

Почему молекула радий монофторид — лучший кандидат для исследований

Молекула RaF состоит из двух атомов: радия и фтора. Радийское ядро обладает выраженной асимметрией — «грушевидной» формы, что создает уникальные условия для изучения распределения магнитных полей внутри ядра. В отличие от атомов, где электроны движутся вокруг ядра, в молекуле электроны постоянно перемещаются между двумя ядрами, что усложняет анализ магнитных структур. Но именно это движение делает систему более чувствительной к внутренним магнитным свойствам ядра.

Недавние эксперименты проводились в международном центре CERN на установке ISOLDE, где с помощью ускорителей создавались изотопы радия-225. Учёные использовали мощные лазеры для возбуждения молекул и регистрации спектральных линий. Эти спектры отображают взаимодействия электронов и ядра, позволяя выявлять мельчайшие отклонения, связанные с внутренней структурой ядра.

Техника исследования и открытые результаты

На практике ученые использовали лазерную спектроскопию для измерения энергетических уровней молекул. Когда молекула поглощает или испускает свет, возникает спектр, в котором зафиксированы все нюансы взаимодействий. В ходе экспериментов было обнаружено, что электроны внутри RaF чувствительны к особенностям внутри ядра — этого ранее не наблюдалось ни в одной молекуле.

Это означает, что электроны фактически «заглядывают внутри» ядра, что дает возможность изучать его внутреннюю структуру без необходимости разрушительной разборки. Этот подход открывает новые возможности в исследовании фундаментальных свойств материи.

Обнаружение эффекта Бора–Вайскаффа в молекуле — значительный прорыв, который демонстрирует, что наша теория может описывать не только внешние взаимодействия электронов, но и их внутреннюю чувствительность к магнетизму внутри ядра.

Что дальше? Перспективы и новые горизонты

После успешных экспериментальных наблюдений ученые намерены продолжать углубленное исследование молекулы RaF. Следующий шаг — замедление и охлаждение молекул с помощью лазеров для проведения ещё более точных измерений. Это позволит выявлять даже самые слабые нарушения симметрий, которые могут указывать на существование физики за пределами Стандартной модели.

По словам специалистов, такие исследования важны потому, что они могут пролить свет на причины преобладания материи над антиматерией во Вселенной. В рамках этих экспериментов также изучаются вопросы о возможных новых частицах, невидимых формах материи и фундаментальных законах природы.

Практическая значимость и будущее науки

Это открытие подтверждает, что молекулы с особой структурой — отличные лабораторные модели для исследования внутренней магнетической среды атомных ядер. Также оно демонстрирует, что современные технологии позволяют работать с очень короткоживущими изотопами, что ранее казалось невозможным. В результате появляется возможность для разработки новых методов диагностики и потенциальных материалов для квантовых технологий.

Понимание распределения магнитных моментов внутри ядер также важно для разработки новых моделей ядерной физики и проверки гипотез о нарушениях симметрий, таких как паритетное нарушение и нейтринные взаимодействия. Возможное открытие новых форм физических взаимодействий может радикально изменить наши представления о природе материи и энергии.

Заключение

Обнаружение внутреннего магнитного распределения в молекуле радиационного элемента — это не только технологический и научный успех, но и шаг навстречу новым открытиям. С помощью таких экспериментов ученые получают ключи к разгадке самых глубоких тайн Вселенной, связывая микро- и макромир через тончайшие магнитные и квантовые эффекты. В будущем подобные исследования смогут стать основой для новых теорий и технологий, открывающих двери в мир новых возможностей.