لقد طور فيزيائيو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) طريقة جديدة باستخدام الجزيئات للتحقيق في داخل نوى الذرات، مستخدمين الإلكترونات كرسل في إعداد مائدة. من خلال دراسة مونوفلوريد الراديوم، اكتشفوا تحولات طاقة دقيقة تشير إلى تفاعلات الإلكترونات داخل النواة. يمكن أن يساعد هذا النهج في تفسير عدم التوازن بين المادة والمادة المضادة في الكون.
في دراسة نشرت في 23 أكتوبر في مجلة Science، قدم باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقنية تحول الجزيئات إلى مصادمات جسيمات مجهرية للنظر داخل نوى الذرات. ركزوا على مونوفلوريد الراديوم (RaF)، حيث يتم حصر الإلكترونات التي تدور حول ذرة الراديوم، مما يزيد من فرص الدخول المؤقت إلى النواة. تعتمد الطرق التقليدية على مسرعات هائلة بحجم كيلومترات لتحطيم أشعة الإلكترونات في النوى، لكن هذا النهج الجزيئي يقدم بديلاً مدمجاً ومائدياً.
أجريت التجارب في تجربة مطيافية التحليل الطيفي للتحليل الطيفي للتحليل الطيفي الاستقطابي المستقيم (CRIS) في CERN بسويسرا، وشملت حبس وتبريد جزيئات RaF، ثم إضاءتها بأشعة الليزر لقياس طاقات الإلكترونات بدقة. لاحظ الفريق تحول طاقة صغير —حوالي مليون واحد من طاقة فوتون الليزر— يشير إلى أن الإلكترونات تفاعلت مع البروتونات والنيوترونات داخل النواة، محملة 'رسالة نووية' عند الخروج.
"هناك العديد من التجارب التي تقيس التفاعلات بين النوى والإلكترونات خارج النواة، ونعرف كيف تبدو هذه التفاعلات"، شرح المؤلف الرئيسي شاين ويلكينز، باحث ما بعد الدكتوراه السابق في MIT. "عندما ذهبنا لقياس هذه الطاقات الإلكترونية بدقة عالية، لم تكن تتطابق تماماً مع ما توقعناه بافتراض أنها تتفاعل فقط خارج النواة."
يمهد هذا الاختراق الطريق لرسم خريطة التوزيع المغناطيسي النووي في الراديوم، الذي يُتوقع أن نواته المشبهة بالكمثرى تعزز إشارات انتهاكات التماثل الأساسية. يمكن أن تفسر مثل هذه الانتهاكات سبب تفضيل الكون للمادة على المادة المضادة، خلافاً لتوقعات النموذج القياسي.
"تضع نتائجنا الأساس لدراسات لاحقة تهدف إلى قياس انتهاكات التماثلات الأساسية على المستوى النووي"، قال المؤلف المشارك رونالد فيرناندو غارسيا رويز، الأستاذ المساعد توماس أ. فرانك في الفيزياء في MIT. "يمكن أن يوفر هذا إجابات على بعض الأسئلة الأكثر إلحاحاً في الفيزياء الحديثة."
تجعل الشكل غير المتوازن لنواة الراديوم في الشحنة والكتلة مناسبة بشكل فريد لهذه الاستكشافات، كما أشار غارسيا رويز: "يُتوقع أن تكون نواة الراديوم مكبراً لهذه الكسر التماثلي، لأن نواتها غير متوازنة في الشحنة والكتلة، وهو أمر غير عادي تماماً."
تشمل الخطط المستقبلية تبريد الجزيئات للسيطرة على اتجاهات النوى والبحث عن انتهاكات التماثل بشكل أكثر فعالية. دعمت البحث جزئياً وزارة الطاقة الأمريكية، مع مشاركة مؤلفين من MIT بما في ذلك سيلفيو-ماريان أودريسكو وأليكس برينسون، إلى جانب شركاء دوليين.