Найден ответ, почему мир существует — физики объяснили асимметрию материи-антиматерии во Вселенной

Исследователи успешно измерили квантовую структуру монофторида радия (RaF), используя методы захвата ионов и специализированные лазерные методы. Это позволило детально охарактеризовать его вращательные уровни энергии и разработать схему лазерного охлаждения.

Результаты исследования, вышедшего в Nature Physics, имеют решающее значение для будущих экспериментов, направленных на лазерное охлаждение и захват молекул RaF, которые сыграют важную роль в исследованиях ядерных электрослабых свойств и нарушений четности и симметрии обращения времени, потенциально объясняя асимметрию материи-антиматерии во Вселенной.

Впервые физики-ядерщики провели точные измерения короткоживущей радиоактивной молекулы — монофторида радия (RaF). Исследователи объединили методы захвата ионов со специализированными лазерными системами для измерения тонких деталей квантовой структуры RaF. Это позволило охарактеризовать уровни вращательной энергии этой молекулы, а также определить схему ее лазерного охлаждения. Лазерное охлаждение — это метод, который использует лазерный свет для замедления и захвата атомов и молекул. Результаты являют собой важный шаг для будущих экспериментов, направленных на лазерное охлаждение и захват молекул RaF.

Ученые предсказали, что молекулы, содержащие тяжелые грушевидные ядра, такие как радий, очень чувствительны к ядерным электрослабым свойствам и физике за пределами Стандартной модели. Речь идет в том числе о явлениях, которые нарушают четность и симметрию обращения времени.

Нарушение обращения времени, выходящее за рамки текущих ограничений, является существенным условием для объяснения асимметрии материи-антиматерии во Вселенной. Новые результаты дают исследователям подробную характеристику квантовой структуры RaF, открывая возможность использования этой молекулы в будущих экспериментах, направленных на поиск таких эффектов.

Радиоактивные молекулы, содержащие октупольно-деформированные ядра, такие как радий (Ra), обещают стать исключительными квантовыми системами для использования в исследованиях фундаментальных частиц и сил природы. Уникальная грушевидная форма ядра радия в сочетании со структурой энергетических уровней полярной молекулы может привести к повышенной чувствительности к нарушающим симметрию ядерным свойствам более чем на пять порядков по сравнению со стабильными атомами.

Физики-ядерщики MIT и их коллеги впервые исследовали спектроскопически детальную структуру монофторида радия (RaF). Они выполнили работу в эксперименте по коллинеарной резонансной ионизационной спектроскопии (CRIS) на установке радиоактивного ионного пучка Isotope Separator On Line Device в Европейской организации ядерных исследований (ISOLDE – CERN).

Метод исследователей позволил с высокой чувствительностью картировать энергетические уровни RaF, определяя схему лазерного охлаждения для замедления и захвата этой молекулы. Ученые быстро разрабатывают методы управления и исследования ультрахолодных молекул. Эти методы в сочетании с новыми возможностями установок радиоактивных пучков для производства больших объемов радиоактивных молекул открывают новые горизонты в исследовании атомных ядер и нарушения фундаментальных симметрий природы.