Fisikawan di MIT telah mengembangkan metode baru menggunakan molekul untuk menyelidiki interior inti atom, menggunakan elektron sebagai pembawa pesan dalam pengaturan meja. Dengan mempelajari radium monofluorida, mereka mendeteksi pergeseran energi halus yang menunjukkan interaksi elektron di dalam inti. Pendekatan ini dapat membantu menjelaskan ketidakseimbangan materi-antimateri alam semesta.
Dalam sebuah studi yang diterbitkan pada 23 Oktober di Science, peneliti dari MIT memperkenalkan teknik yang mengubah molekul menjadi tabrakan partikel mikroskopis untuk mengintip ke dalam inti atom. Mereka fokus pada radium monofluorida (RaF), di mana elektron yang mengorbit atom radium terkurung, meningkatkan peluang untuk masuk sementara ke dalam inti. Metode tradisional bergantung pada akselerator raksasa berskala kilometer untuk membanting sinar elektron ke inti, tetapi pendekatan molekuler ini menawarkan alternatif kompak dan berbasis meja.
Eksperimen, yang dilakukan di Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment (CRIS) di CERN, Swiss, melibatkan menjebak dan mendinginkan molekul RaF, kemudian menerangi mereka dengan laser untuk mengukur energi elektron secara presisi. Tim mengamati pergeseran energi kecil—sekitar satu juta dari energi foton laser—menunjukkan bahwa elektron berinteraksi dengan proton dan neutron di dalam inti, membawa 'pesan nuklir' saat keluar.
"Ada banyak eksperimen yang mengukur interaksi antara inti dan elektron di luar inti, dan kami tahu bagaimana interaksi itu terlihat," jelas penulis utama Shane Wilkins, mantan postdoc MIT. "Ketika kami mengukur energi elektron ini dengan sangat presisi, itu tidak sepenuhnya sesuai dengan yang kami harapkan dengan asumsi mereka hanya berinteraksi di luar inti."
Terobosan ini membuka jalan untuk memetakan distribusi magnetik nuklir di radium, yang intinya berbentuk seperti pir diprediksi untuk memperkuat sinyal pelanggaran simetri fundamental. Pelanggaran seperti itu bisa menjelaskan mengapa alam semesta lebih menyukai materi daripada antimateri, bertentangan dengan harapan Model Standar.
"Hasil kami meletakkan dasar untuk studi selanjutnya yang bertujuan mengukur pelanggaran simetri fundamental pada tingkat nuklir," kata rekan penulis Ronald Fernando Garcia Ruiz, Profesor Associate Thomas A. Franck di Fisika di MIT. "Ini bisa memberikan jawaban atas beberapa pertanyaan paling mendesak dalam fisika modern."
Bentuk asimetris inti radium dalam muatan dan massa membuatnya sangat cocok untuk probe ini, seperti dicatat oleh Garcia Ruiz: "Inti radium diprediksi menjadi penguat dari pemecahan simetri ini, karena intinya asimetris dalam muatan dan massa, yang cukup tidak biasa."
Rencana masa depan termasuk mendinginkan molekul untuk mengontrol orientasi nuklir dan mencari pelanggaran simetri lebih efektif. Penelitian ini didukung sebagian oleh Departemen Energi AS, dengan rekan penulis MIT termasuk Silviu-Marian Udrescu dan Alex Brinson, bersama kolaborator internasional.