Físicos do MIT desenvolveram um novo método usando moléculas para investigar o interior de núcleos atômicos, empregando elétrons como mensageiros em uma configuração de bancada. Ao estudar o monofluoruro de rádio, eles detectaram deslocamentos de energia sutis indicando interações de elétrons dentro do núcleo. Essa abordagem pode ajudar a explicar o desequilíbrio matéria-antimatéria do universo.
Em um estudo publicado em 23 de outubro na Science, pesquisadores do MIT introduziram uma técnica que transforma moléculas em colisores de partículas microscópicos para vislumbrar o interior de núcleos atômicos. Eles se concentraram no monofluoruro de rádio (RaF), onde os elétrons orbitando o átomo de rádio estão confinados, aumentando as chances de entrar brevemente no núcleo. Métodos tradicionais dependem de aceleradores massivos em escala de quilômetros para colidir feixes de elétrons em núcleos, mas essa abordagem molecular oferece uma alternativa compacta e de bancada.
Os experimentos, realizados no Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment (CRIS) no CERN, na Suíça, envolveram capturar e resfriar moléculas de RaF, depois iluminá-las com lasers para medir as energias dos elétrons com precisão. A equipe observou um pequeno deslocamento de energia — cerca de um milionésimo da energia do fóton do laser — sugerindo que os elétrons interagiram com prótons e nêutrons dentro do núcleo, levando uma 'mensagem nuclear' ao sair.
"Há muitos experimentos medindo interações entre núcleos e elétrons fora do núcleo, e sabemos como essas interações se parecem," explicou o autor principal Shane Wilkins, um ex-pós-doutorando do MIT. "Quando fomos medir essas energias de elétrons com muita precisão, não somava exatamente ao que esperávamos assumindo que eles interagiam apenas fora do núcleo."
Essa descoberta abre caminho para mapear a distribuição magnética nuclear no rádio, cujo núcleo em forma de pera é previsto para amplificar sinais de violações de simetria fundamental. Tais violações poderiam explicar por que o universo favorece a matéria sobre a antimatéria, contrário às expectativas do Modelo Padrão.
"Nossos resultados lançam as bases para estudos subsequentes visando medir violações de simetrias fundamentais no nível nuclear," disse o coautor Ronald Fernando Garcia Ruiz, o Professor Associado Thomas A. Franck de Física no MIT. "Isso poderia fornecer respostas para algumas das perguntas mais prementes na física moderna."
A forma assimétrica do núcleo de rádio em carga e massa o torna unicamente adequado para essas sondas, como notado por Garcia Ruiz: "O núcleo de rádio é previsto para ser um amplificador dessa quebra de simetria, porque seu núcleo é assimétrico em carga e massa, o que é bastante incomum."
Planos futuros incluem resfriar as moléculas para controlar as orientações nucleares e caçar violações de simetria de forma mais eficaz. A pesquisa foi apoiada em parte pelo Departamento de Energia dos EUA, com coautores do MIT incluindo Silviu-Marian Udrescu e Alex Brinson, ao lado de colaboradores internacionais.