Tutkijat loivat kylmiä radioaktiivisia molekyylejä ensimmäistä kertaa

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa luoneet jäähdytettyjä molekyylejä, jotka sisältävät radioaktiivista radiumalkuainetta. Molekyylit saatiin tilaan, joka mahdollistaa laserpohjaiset kvanttitarkkuusmittaukset. Saavutus julkaistiin Science-tiedelehdessä 16. heinäkuuta, ja se avaa uuden polun pöytätason kokeille, jotka voivat auttaa selittämään yhtä fysiikan suurimmista mysteereistä: miksi maailmankaikkeudessa on enemmän ainetta kuin antiainetta.caltech+2

Päärynänmuotoinen avain kosmiseen epäsymmetriaan

Caltechin fysiikan professorin Nick Hutzlerin johtama ryhmä kehitti menetelmän vuosien kokeilujen ja erehdysten jälkeen työskennellessään radiumin parissa. Radium on radioaktiivinen ja erittäin reaktiivinen alkuaine, jota on saatavilla vain häviävän pieniä määriä. Tutkimukseen osallistui yhteistyökumppaneita myös Johns Hopkinsin yliopistosta ja Michiganin valtionyliopistosta.phys+1

Radiumin vetovoima piilee sen ytimen epätavallisessa päärynänmuodossa. ”Päärynänmuotoiset ytimet ovat epäsymmetrisiä ja vahvistavat merkittävästi niitä mahdollisia signaaleja, joita etsimme selittääksemme aineen ja antiaineen epäsymmetriaa”, Hutzler sanoi. ”Radiumilla on haluamamme harvinainen päärynänmuoto, ydinfyysikot ovat tutkineet sitä laajasti, ja siitä syntyy molekyylejä, jotka sopivat ihanteellisesti laserpohjaisiin kvanttitarkkuusmittauksiin.”caltech+1

Karkkikemia kohtaa kvanttifysiikan

Vaarallisen radioaktiivisen alkuaineen mikroskooppisten määrien käsittely vaati luovaa ongelmanratkaisua. Tutkimusryhmä vakautti radiumin upottamalla sen sitkeään mönjään, jonka valmistus muistuttaa makeisten valmistusta: radium liuotettiin veteen ja sokerinkorvikkeeseen, minkä jälkeen vesi haihdutettiin. Kokeiltuaan ensin tavallista sokeria, joka osoittautui epäluotettavaksi, tutkijat päätyivät sokerittomaan makeutusaineeseen, ksylitoliin.phys+1

Radiumia sisältävä mönjä asetettiin kultafolion päälle kammioon, joka jäähdytettiin heliumkaasulla noin -450 Fahrenheit-asteeseen (noin -268 °C). Tämän jälkeen laserit virittivät radiumatomit reaktiiviseen tilaan, mikä sai ne muodostamaan molekyylejä: radiummonohydroksidia, monodeuteroksidia ja monofluoridia. Näitä molekyylejä voitiin tutkia korkean erotuskyvyn laserspektroskopialla.caltech+2

Kohti uutta fysiikkaa

Molekyylit ovat nyt valmiita käytettäviksi kvanttitarkkuusmittauksissa, joissa ne toimivat ilmaisimina sellaisille hiukkasille ja voimille, joita tunnettu fysiikka ei ennusta. ”Molekyylit toimivat kuin antennit, jotka vahvistavat etsimiämme ominaisuuksia”, Hutzler sanoi. Menetelmää voidaan soveltaa myös muihin alkuaineisiin kuin radiumiin, mikä laajentaa sen mahdollisia vaikutuksia perustavanlaatuisen fysiikan tutkimuksessa.caltech