Físicos del MIT han desarrollado un nuevo método que utiliza moléculas para investigar el interior de los núcleos atómicos, empleando electrones como mensajeros en un montaje de mesa. Al estudiar el monofluoruro de radio, detectaron sutiles cambios de energía que indican interacciones de electrones dentro del núcleo. Este enfoque podría ayudar a explicar el desequilibrio materia-antimateria del universo.
En un estudio publicado el 23 de octubre en Science, investigadores del MIT presentaron una técnica que convierte las moléculas en colisionadores de partículas microscópicos para vislumbrar el interior de los núcleos atómicos. Se centraron en el monofluoruro de radio (RaF), donde los electrones que orbitan el átomo de radio están confinados, aumentando las probabilidades de entrar brevemente en el núcleo. Los métodos tradicionales dependen de aceleradores masivos a escala de kilómetros para estrellar haces de electrones contra núcleos, pero este enfoque molecular ofrece una alternativa compacta y de mesa.
Los experimentos, realizados en el Experimento de Espectroscopía de Ionización por Resonancia Colineal (CRIS) en CERN, Suiza, implicaron atrapar y enfriar moléculas de RaF, y luego iluminarlas con láseres para medir con precisión las energías de los electrones. El equipo observó un pequeño cambio de energía —alrededor de una millonésima de la energía del fotón del láser— que sugiere que los electrones interactuaron con protones y neutrones dentro del núcleo, llevando un 'mensaje nuclear' al salir.
"Hay muchos experimentos que miden interacciones entre núcleos y electrones fuera del núcleo, y sabemos cómo se ven esas interacciones", explicó el autor principal Shane Wilkins, un ex postdoc del MIT. "Cuando fuimos a medir estas energías de electrones con gran precisión, no sumaban exactamente lo que esperábamos asumiendo que interactuaban solo fuera del núcleo."
Este avance allana el camino para mapear la distribución magnética nuclear en el radio, cuyo núcleo en forma de pera se predice que amplifica señales de violaciones de simetría fundamentales. Tales violaciones podrían explicar por qué el universo favorece la materia sobre la antimateria, contrario a las expectativas del Modelo Estándar.
"Nuestros resultados sientan las bases para estudios posteriores que buscan medir violaciones de simetrías fundamentales a nivel nuclear", dijo el coautor Ronald Fernando Garcia Ruiz, profesor asociado de Física Thomas A. Franck en el MIT. "Esto podría proporcionar respuestas a algunas de las preguntas más apremiantes en la física moderna."
La forma asimétrica del núcleo de radio en carga y masa lo hace único para estas sondas, como señaló Garcia Ruiz: "Se predice que el núcleo de radio es un amplificador de esta ruptura de simetría, porque su núcleo es asimétrico en carga y masa, lo cual es bastante inusual."
Los planes futuros incluyen enfriar las moléculas para controlar las orientaciones nucleares y buscar violaciones de simetría de manera más efectiva. La investigación fue apoyada en parte por el Departamento de Energía de EE.UU., con coautores del MIT incluyendo a Silviu-Marian Udrescu y Alex Brinson, junto con colaboradores internacionales.