Forskere har skapt kalde radioaktive molekyler for første gang

For første gang har forskere skapt nedkjølte molekyler som inneholder det radioaktive grunnstoffet radium, og brakt dem inn i en tilstand som egner seg for laserbaserte kvantepresisjonsmålinger. Bragden, som ble publisert i tidsskriftet Science den 16. juli, åpner en ny vei for bordeksperimenter som kan bidra til å forklare et av fysikkens dypeste mysterier: hvorfor materie dominerer over antimaterie i universet.caltech+2

En pæreformet nøkkel til kosmisk asymmetri

Et team ledet av Nick Hutzler, professor i fysikk ved Caltech, utviklet teknikken etter år med prøving og feiling med radium, et grunnstoff som er radioaktivt, svært reaktivt og bare tilgjengelig i bittesmå mengder. Forskningen involverte også samarbeidspartnere ved Johns Hopkins University og Michigan State University.phys+1

Radiums tiltrekningskraft ligger i den uvanlige pæreformen til atomkjernen. «Pæreformede kjerner er asymmetriske og forsterker dramatisk de potensielle signalene vi leter etter for å forklare asymmetrien mellom materie og antimaterie», sa Hutzler. «Radium har den sjeldne pæreformen vi ønsker oss, det har blitt grundig studert av kjernefysikere, og det danner molekyler som er ideelle for laserbaserte kvantepresisjonsmålinger.»caltech+1

Godterikjemi møter kvantefysikk

Håndtering av mikroskopiske mengder av et farlig radioaktivt grunnstoff krevde kreativ problemløsning. Teamet stabiliserte radiumet ved å bygge det inn i en seig guffe produsert gjennom en prosess som ligner på godterilaging: de løste opp radium i vann og en sukkererstatning, og fordampet deretter vannet. Etter å ha eksperimentert med ekte sukker, som viste seg å være upålitelig, endte de opp med det sukkerfrie søtningsstoffet xylitol.phys+1

Den radiumholdige guffen ble plassert på gullfolie inne i et kammer som var kjølt ned til rundt minus 268 grader celsius (minus 450 grader fahrenheit) ved hjelp av heliumgass. Lasere eksiterte deretter radiumatomene til en reaktiv tilstand, noe som fikk dem til å danne molekyler: radiummonohydroksid, monodeuteroksid og monofluorid, som kunne studeres med høyoppløselig laserspektroskopi.caltech+2

Mot ny fysikk

Molekylene er nå klare til bruk i kvantepresisjonsmålinger, der de fungerer som sensorer for partikler og krefter som ikke forutsies av kjent fysikk. «Molekylene fungerer som antenner for å forsterke egenskapene vi leter etter», sa Hutzler. Metoden kan også brukes på andre atomer enn radium, noe som utvider dens potensielle betydning for grunnleggende fysikkforskning.caltech