Науковці з CERN відкрили ефект, що виходить за межі Стандартної моделі фізики

Фізики вперше змогли зазирнути всередину ядра молекули, використавши електрони як зонд — досягнення, що може відкрити шлях до відкриття нової фізики за межами Стандартної моделі. Міжнародна команда з CERN та Массачусетського технологічного інституту (MIT) дослідила короткоживучу радіоактивну молекулу радій монофторид (RaF) і вперше виявила, як розподіляється магнітне поле всередині її ядра — явище, відоме як ефект Бора–Вайскопфа.

Як пояснюють дослідники, RaF складається з двох атомів — радону та фтору, але головну роль відіграє саме радієве ядро, яке має рідкісну форму «груші» або «авокадо» — так звану октупольну деформацію. Така асиметрія робить ядро надзвичайно чутливим до порушень фундаментальних симетрій природи, наприклад між речовиною та антиречовиною. За словами фізика Шейна Вілкінса з MIT, «електрон фактично проникає всередину ядра, тому ми більше не можемо вважати це взаємодією на великій відстані — він починає відчувати внутрішні властивості самого ядра».

Молекулу RaF створили на установці ISOLDE у CERN, де уранову мішень обстрілювали високоенергетичними протонами, утворюючи ізотоп радій-225, який потім реагував із фтором. Кожна молекула існувала лише частки секунди, а для вимірювання вдавалося зафіксувати близько п’ятдесяти екземплярів за секунду. Команда освітлювала їх кількома лазерними променями різних частот, записуючи зміни у випромінюванні. Саме ці незначні зсуви дозволили побачити, як електрони реагують на структуру всередині ядра.

Раніше ефект Бора–Вайскопфа спостерігали лише в окремих атомах, але не в молекулах. Виявити його тут було набагато складніше, адже електрони в молекулі рухаються між двома ядрами, «розмиваючи» магнітні сигнали. У випадку RaF фтор виступив як стабільний партнер, що дозволив ученим зосередитися на вивченні магнітних властивостей радію.

На думку дослідників, це відкриття не лише доводить, що подібні молекули можуть бути точними інструментами для вивчення симетрій у природі, а й прокладає шлях до пошуку нових фізичних ефектів, які виходять за межі сучасної теорії. Наступний крок — спробувати уповільнити та «спіймати» ці молекули за допомогою лазерного охолодження, щоб здійснити ще точніші вимірювання. Як зазначив співавтор роботи Сільвіу-Маріан Удреску, «тепер ми знаємо, що ці молекули можуть стати потужними інструментами для пошуку нової фізики».