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创造和研究放射性分子,推动核结构和基本对称性研究

2021-10-19 14:42     来源:美国能源部     欧洲核子研究中心原子核

改变镭 (Ra) 核中的中子数(灰色球体)会改变一氟化镭 (RaF) 分子的能级。可以使用不同的激光(蓝色和红色波浪线)测量微小的变化。

图片由麻省理工学院 Silviu-Marian Udrescu 提供

科学

一个国际团队对镭核的大小如何改变含有不同镭同位素的分子结构进行了世界上首次测量 。该研究在欧洲核子研究中心(CERN)的同位素质量分离器在线 (ISOLDE) 放射性离子束设施中使用了激光和离子阱的组合。该团队研究了一氟化镭 (RaF) 分子的量子结构。量子结构决定了能级以及这些能级在不同条件下如何变化。科学家预测,RaF 分子可用于研究自然界中发现的某些基本对称性的破坏。该团队测量了其中一个镭原子核时电子能级的变化 被不同的同位素取代。这表明这些分子对短距离内电子和原子核的相互作用具有极高的敏感性。

影响

精确测量能级和修改分子核中中子数量的能力为研究开辟了新的方向。大爆炸应该产生等量的物质和反物质。违反基本对称性可以解释为什么我们宇宙中的物质比反物质多。含有镭等重元素同位素的放射性分子是研究违反这些基本对称性的理想选择。科学家还认为,他们的实验进展可以应用于研究被其他放射性分子创造了在超新星和其他恒星爆炸。但是科学家们有限的观察工具阻止了他们在太空中的识别。因此,放射性分子的实验室研究将有助于指导未来的天体物理观测。

概括

放射性分子有望在基础物理和化学前沿带来激动人心的新机遇。然而,它们在自然界中非常罕见,有些根本不存在于自然界。这意味着它们必须在专门的设施中人工制造。此外,它们的寿命可以短至几天或几分之一秒,因此研究它们需要极其敏感的实验技术。稀有同位素束设施 (FRIB) 是能源部 (DOE) 的一个用户设施,将于 2022 年开始运营,它将提供对含有最重元素同位素的分子的独特访问。该设施当前技术的未来发展将为基础物理学的发现提供一个新平台。这将促进对自然界基本对称性的理解,并促进对重元素化学和核结构的理解。

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