Elektronok mint atommag-kutatók
A Massachusettsi Műszaki Egyetem fizikusai egy egyedülálló módszert fejlesztettek ki: az atommagok belsejét úgy vizsgálták, hogy az elektronjaikat apró üzenetvivőként használták. Ehhez a radioaktív rádium-fluorid molekulát (RaF) alkalmazták. A molekulában lévő rádiumatom elektronjai rendkívüli módon közel kerülnek a maghoz, és olykor át is hatolnak rajta. Az elektronokat egyfajta „asztali részecskegyorsítóként” sikerült használni, amely jóval kisebb, mint a hagyományos, egész laboratórium-hosszúságú kísérletekben alkalmazott gyorsítók.
Kicsiben is működik, amit korábban csak óriási gyorsítókban lehetett
Eddig a mag belsejét kilométeres gyorsítókkal, felgyorsított elektronsugarakkal vizsgálták, amelyek széttörik az atommagot. Az új, „asztali” technika viszont lehetővé teszi, hogy közvetlenül a molekulában hozzák létre ezeket a kölcsönhatásokat, amit korábban elképzelhetetlennek tartottak.
A kutatók a rádium-fluorid molekulákat vákuumkamrában csapdázták, lehűtötték és lézersugarakkal világították meg. Az elektronok mozgását és energiáját rendkívül pontosan mérték, és azt tapasztalták, hogy az energiájuk kis mértékben eltér a várttól. Fontos, hogy ez az eltérés annak volt köszönhető, hogy egyes elektronok ténylegesen átjutottak az atommag belsején, így információt hoztak ki a mag szerkezetéről.
Az anyag–antianyag rejtély nyomában
A világegyetem kialakulásakor a jelenlegi fizikai modellek szerint az anyag és az antianyag mennyisége közel azonos kellett volna legyen – mégis, ma az univerzum szinte kizárólag anyagból áll. Ez azért okoz fejtörést a tudósoknak, mert a standard modell önmagában nem ad rá választ. A megoldás kulcsa talán éppen a nukleonok (protonok, neutronok) sajátos elrendeződésében, illetve a fizikai szimmetriasértésekben rejlik.
A rádium atommagja különösen érdekes, mivel csepp alakú, aszimmetrikus szerkezete van – ellentétben a legtöbb atommag közel gömb alakjával. Ez a tulajdonság az elméletek szerint felerősítheti a szimmetriasértés jeleit, így a vizsgálatok során könnyebben kimutathatók ezek az alapvető eltérések.
Szupertiszta kísérletek, szupertörékeny anyagokkal
A rádium ritka és erősen radioaktív, rövid élettartamú elem. Ráadásul rendkívül nehéz nagy mennyiségű rádium-fluoridot előállítani. Ettől függetlenül a kutatócsoport fejlett eljárásokkal szinte elképzelhetetlenül kis mennyiséggel is dolgozni tudott. Az is óriási előnyt jelent, hogy ebben a molekulaszerkezetben az elektronokat a molekula erőterei sokkal erősebben befolyásolják, mint amit mesterségesen egy laboratóriumban létre lehetne hozni. Ezért viselkedik a molekula miniatűr, szuperérzékeny részecskegyorsítóként.
Elektronok és a „belső üzenet”
Az elektronok energiájának méréséből egyértelműen látszott, hogy azok valóban kapcsolatba léptek a rádium atommag protonjaival és neutronjaival. Fontos, hogy ez a változás nagyságrendileg egymilliószor kisebb volt, mint a molekulákat gerjesztő lézer fotonjainak energiája – mégis elegendő bizonyítékot szolgáltatott az atommag belsejéből származó információra.
Mi jöhet ezután?
Ennek fényében a következő cél a magon belül ható erők és az ottani szerkezet feltérképezése, valamint a fizikai szimmetriasértések közvetlen kimutatása. Ehhez szükség lesz a molekulák további hűtésére és az atommagok irányítására, hogy még pontosabb képet kapjanak az atommag belsejéről.
A rádiumalapú molekulák új lehetőségeket nyitnak a természet legmélyebb szimmetriasértéseinek kimutatására – s ezzel talán közelebb vihetnek minket a világegyetem eredetének, az anyag–antianyag rejtélyének megfejtéséhez.
