Az univerzum szimmetriája és megsértései
A természet törvényei világszerte azonosak: ha eldobunk egy labdát Seattle-ben vagy Tokióban, ugyanúgy esik le. Ezt nevezzük szimmetriának, amely biztosítja a világban az állandóságot. Mégis, bizonyos folyamatok mintha felülírnák ezt a tökéletes egyensúlyt. Például azt várnánk, hogy az anyagnak és az antianyagnak igazságosan kellene osztoznia az univerzumon, mégiscsak anyagból áll minden körülöttünk. Emiatt a tudósok izgatottan kutatják a lehetséges apró szimmetriasértéseket, amelyek akár teljesen új fizikához vezethetnek a Standard Modell keretein túl.
Radioaktív molekulák és a szimmetriasértések nyomai
Különösen jó terep az ilyen szimmetriasértések keresésére a radioaktív atommagok vizsgálata. A legújabb, a CERN-ben és az MIT-n végzett kutatás során a kutatók egy rövid életű, rádium-monofluoridnak (RaF) nevezett molekulát vizsgáltak. Bár eredetileg az energiaspektrumát akarták mérni, váratlanul felfedezték, hogyan oszlik meg a mágnesesség az atommag belsejében. Ezt az úgynevezett Bohr–Weisskopf-effektust korábban soha nem figyelték meg molekulán belül.
Az atommag avokádóformában – a háttér
A RaF két atomból – rádiumból és fluoridból – áll. A rádium magja különleges, avokádóra vagy körtére emlékeztető, aszimmetrikus alakú (oktupól-deformáció). Noha ez nagyon ritka tulajdonság – csupán néhány atommagban fordul elő –, az ilyen magok radioaktívvá teszik az adott elemet, és nagyon nehezen kutathatók. Ráadásul ezek az izotópok mindössze körülbelül 15 napig élnek, így a minták ideje gyorsan lejár.
A Bohr–Weisskopf-effektust eddig csak magányos atomokban mutatták ki. Molekulában azért nehezebb észrevenni, mert az elektronok két, egymástól eltérő mag között mozognak; ez pedig elhalványítja a jeleket. A RaF-ben a fluorid egyszerű kötőpartnerként viselkedik, a rádium pedig kiemelten kirajzolja saját mágneses szerkezetét.
Lézerek, pillanatnyi jelenlét és új távlatok
A kutatócsoport a rádium-monofluoridot úgy állította elő, hogy urán céltárgyat bombázott nagyenergiájú protonokkal, az így keletkező rádium-225 izotópot pedig fluoridgázzal reagáltatta. Egy-egy molekula csak másodperc tört részéig létezett, és mindössze körülbelül ötven ilyen molekulát sikerült másodpercenként mérni. Többszínű lézernyalábokkal bombázták a molekulákat, majd a fény apró változásait rögzítették, ahogy a molekula elnyelte vagy kibocsátotta azt. Ezekből a változásokból derült ki, hogy az elektronok nemcsak a mag körül, hanem annak belsejében is érzékelték a szerkezetet.
Noha ezt a hatást eddig sosem figyelték meg molekulában, az eredmény lehetővé teszi még pontosabb mérések végzését a szimmetriasértések után kutatva. A következő lépés ezeknek a molekuláknak a befogása lézercsapdával, hogy még precízebb adatokat gyűjthessenek.
Ezért a RaF-molekulák erőteljes eszközzé váltak a fizikusok számára, hogy új törvényeket és rejtett összefüggéseket fedezzenek fel a természetben.
