Группа под руководством Калтеха охладила молекулы, содержащие радий, почти до абсолютного нуля, что позволило проводить настольные эксперименты по изучению асимметрии материи и антиматерии.
Исследователи разработали новый метод получения трудно синтезируемых молекул.
Впервые исследователям удалось получить охлаждённые молекулы, содержащие радиоактивный элемент радий, переведя их в состояние, пригодное для квантовых прецизионных измерений с применением лазеров. Результаты работы, опубликованные в журнале Science 16 июля, открывают новый путь для настольных экспериментов, способных пролить свет на одну из величайших загадок физики: почему во Вселенной материя преобладает над антиматерией.
Грушевидный ключ к космической асимметрии
Группа под руководством Ника Хатцлера, профессора физики в Калтехе, разработала эту технику после многолетних экспериментов с радием — элементом, который является радиоактивным, высокореакционноспособным и доступным лишь в ничтожно малых количествах. В исследовании также приняли участие сотрудники Университета Джонса Хопкинса и Мичиганского государственного университета.
Привлекательность радия заключается в необычной грушевидной форме его ядра. «Грушевидные ядра асимметричны и резко усиливают потенциальные сигналы, которые мы ищем, чтобы объяснить асимметрию материи и антиматерии», — сказал Хатцлер. «Радий обладает той редкой грушевидной формой, которая нам нужна, он хорошо изучен ядерными физиками, и он образует молекулы, идеально подходящие для квантовых прецизионных измерений с использованием лазера».
Фото: Caltech/Whitney Clavin
Химия конфет встречается с квантовой физикой
Работа с микроскопическими количествами опасного радиоактивного элемента потребовала нестандартных решений. Команда стабилизировала радий, встроив его в вязкую массу, получаемую по технологии, напоминающей приготовление конфет: радий растворяли в воде с заменителем сахара, а затем выпаривали воду. После экспериментов с обычным сахаром, который оказался ненадёжным, исследователи остановились на не содержащем сахара подсластителе — ксилите.
Вязкую массу с радием помещали на золотую фольгу внутри камеры, охлаждённой примерно до минус 268 градусов Цельсия с помощью гелия. Затем лазеры переводили атомы радия в реакционноспособное состояние, побуждая их формировать молекулы — моногидроксид радия, монодейтероксид и монофторид, — которые можно было исследовать методом высокоразрешающей лазерной спектроскопии.
На пути к новой физике
Источник: лаборатория Хутцлера
Молекулы готовы к применению в квантовых прецизионных измерениях, где они выступают в роли сенсоров для обнаружения частиц и сил, не предсказанных современной физикой. «Молекулы действуют как антенны, усиливая свойства, которые мы ищем», — сказал Хутцлер. Метод также применим к атомам других элементов, помимо радия, что расширяет его потенциальное влияние на фундаментальные физические исследования.
Комментариев нет:
Отправить комментарий