Ученые Массачусетского технологического института разработали новый способ изучения внутреннего строения атомного ядра – без громоздких ускорителей и ядерных коллайдеров. Для этого физики использовали электроны самого атома радия в составе молекулы радий-фторида (RaF) в роли «внутренних зондов», способных проникать в ядро и выносить информацию о его структуре. Работа опубликована в журнале «Science».

Обычно для подобных экспериментов требуются километровые ускорительные установки, где электроны сталкиваются с ядрами при огромных энергиях. Новый метод позволяет проводить аналогичные исследования буквально «на столе» – с помощью ловушек для молекул и лазерных измерений.

В молекулах радий-фторида исследователи измерили энергию электронов, вращающихся вокруг атома радия, и обнаружили крошечное, но отчетливое отклонение от ожидаемого значения. Этот сдвиг энергии – порядка одной миллионной энергии фотона лазера — свидетельствует, что электроны кратковременно проникали внутрь ядра и взаимодействовали с его протонами и нейтронами.

«Мы впервые доказали, что можем «заглянуть» внутрь ядра, – пояснил соавтор работы Рональд Гарсия Руис, доцент кафедры физики. – Это как если бы вы могли измерить электрическое поле батарейки не только снаружи, но и внутри нее – именно это мы сделали с атомом радия».

Ученые отметили, что в ядре каждый протон и нейтрон ведут себя как крошечный магнит. Новая методика позволяет впервые напрямую измерять распределение этих «магнитов» – так называемое ядерное магнитное распределение, которое может раскрыть, как устроены силы внутри ядра.

Исследователи планируют применить метод к точному картированию ядра радия. Его форма отличается от большинства атомов – вместо сферической оно имеет «грушевидную» асимметрию по массе и заряду. Ученые предполагают, что такая структура может усиливать эффекты нарушения фундаментальных симметрий природы – возможный ключ к пониманию, почему во Вселенной существует избыток материи над антиматерией.

Команда планирует усовершенствовать технологию, чтобы охлаждать молекулы и контролировать ориентацию их «грушевидных» ядер. Это позволит более точно измерить распределение зарядов и сил внутри ядра и, возможно, впервые зафиксировать нарушение фундаментальных симметрий природы.

«Молекулы с радиевым ядром – уникальная система, в которой можно искать новые физические явления, – подчеркнул Гарсия Руис. – Теперь у нас есть инструмент, чтобы начать этот поиск».

Источник – «Gazeta.ru»