Fizikçiler, radyoaktif bir çekirdekteki manyetizmanın dağılımını ilk kez incelemek amacıyla nadir bir molekül üzerinde çalıştı. Bu çalışma, doğanın temel simetrilerindeki olası küçük bozulmaları ortaya çıkarabilecek yeni yollar sunuyor.
Genel olarak, doğanın kuralları değişmez. Bir topu nerede atarsanız atın, aynı şekilde yere düşer. Fizikçiler buna "simetri" der ve evrenin nasıl davranması gerektiği konusunda bir rehber olarak kullanırlar. Bu, dünyayı tutarlı kılar; fizik yasaları farklı günlerde farklı çalışsaydı, evren kaos olurdu.
Ancak doğanın bazı kısımları bu mükemmel dengeyi takip etmiyor gibi görünüyor. Örneğin, evrenin madde ve antimaddeyi eşit şekilde ele alması gerektiğini varsaymak adil görünebilir. Ancak evrenimiz neredeyse tamamen maddeden oluşuyor ve fizikçiler hala bunun nedenini bilmiyorlar.
Cevapları aramak için umut vadeden yerlerden biri radyoaktif çekirdeklerin içidir. Bunun nedeni, proton ve nötronların düzensiz düzenlenmesinin simetrideki en küçük kırılmaları büyütebilmesidir. Bilim insanları bu küçük asimetrileri tespit edebilirse, bu, standart modelin ötesinde yeni fizik ortaya çıkarabilir.
Bilim insanları, kısa ömürlü radyoaktif bir molekül olan radyum monoflorür (RaF) üzerinde çalışarak çekirdeğindeki manyetizmanın nasıl dağıldığını ilk kez gözlemledi. Bohr-Weisskopf etkisi olarak bilinen bu olgu, bir molekülde daha önce hiç görülmemişti.
Atomun Avokadosu
RaF molekülü, her biri kendi çekirdeğine sahip iki atomdan oluşur: radyum ve flor. Radyum çekirdeği "oktupol deformasyonu" olarak adlandırılan bir özelliğe sahiptir. Bu, çekirdeğin kendisinin armut veya avokado şeklinde olduğunu düşünebilirsiniz. Bu asimetrik şekli nedeniyle, RaF, ekibin aradığı asimetrileri bulmak için mükemmel bir adaydır. Bu özellik çok nadirdir ve yalnızca birkaç atom çekirdeğinde görülür. Bu armut şeklindeki çekirdeklerin hepsi radyoaktiftir.
Bu çekirdeklerin radyoaktif olması, onları incelemeyi zorlaştırır çünkü bu izotoplar kararsızdır ve kısa ömürlüdürler. Yani araştırmacılar birçok ölçüm yapamadan yaklaşık 15 gün içinde bozunabilirler. Yalnızca çok küçük miktarlarda üretilebilirler.
Bohr-Weisskopf etkisi, elektronların tek bir çekirdekle etkileşime girdiği tekil atomlarda gözlemlenmiştir. Ancak bunu bir molekül içinde tespit etmek daha zordur. Bunun nedeni, elektronların sürekli olarak iki çekirdek arasında hareket etmesidir. Bu hareket, manyetik sinyalleri bulanıklaştırabilir ve tespit edilmelerini zorlaştırabilir. RaF molekülünde, flor atomu daha basit bir bağ partneridir. Bu, bilim insanlarının daha ağır olan radyum çekirdeğinin manyetik yapısına odaklanmasını sağlar.
Ekip, ilk olarak nadir izotop radyum-225 üretmek ve bunu flor gazıyla birleştirmek için yüksek enerjili protonlarla bir uranyum hedefi bombardımana tuttu. Her molekül yalnızca saliselerce var oldu. Araştırmacılar, ölçüm için doğru durumda yalnızca saniyede yaklaşık elli tane tespit edebildi.
Ardından, moleküllere hafif farklı frekanslarda birden fazla lazer ışını yönelttiler. Molekül ışığı emdiğinde veya yaydığında, bilim insanları bu ışıktaki küçük değişiklikleri kaydettiler. Bu bir spektrum üretti. Normalde, bu desenler bilim insanlarına elektronların çekirdeğin etrafında nasıl hareket ettiği hakkında bilgi verir. Ancak bu durumda, bazı kaymalar elektronların çekirdeğin içi tarafından etkilendiğini ortaya çıkardı.
Elektronun aslında çekirdeğin içine nüfuz ettiği ve artık uzun menzilli bir etkileşim olarak kabul edilemeyeceği anlaşıldı. Bunun yerine, radyum çekirdeğinin kendi iç özelliklerini algılamaya başlıyor. Bu etkiye Bohr-Weisskopf etkisi denir ve daha önce bir molekülde hiç görülmemişti. Bu etkiyi hem deneysel olarak gözlemleyebilmek hem de teorik olarak açıklayabilmek, bu moleküllerin gelecekteki hassas ölçümler için ne kadar uygun olduğunu gösteriyor.
Araştırmacılar artık RaF'ın iç yapısını haritalandırabildiklerine göre, doğanın simetrilerini bozan daha küçük etkileri araştırmak için bunu kullanabilirler. Bir sonraki adım, bu molekülleri daha hassas ölçümler yapmak için lazerlerle yavaşlatmak ve hapsetmektir. Artık yeni fiziği aramak için güçlü araçlar olabileceklerini biliyorlar.
