Die Schaffung und Untersuchung radioaktiver Moleküle fördert die Untersuchung der Kernstruktur und der fundamentalen Symmetrie

Wissenschaft

Ein internationales Team hat die weltweit erste Messung durchgeführt, wie die Größe des Radiumkerns die Struktur von Molekülen mit unterschiedlichem Radium verändert Isotope. Die Forschung verwendete eine Kombination aus Lasern und Ionenfallen, um radioaktive Ionenstrahlen in der Isotopen-Massenseparator-(ISOLDE)-Linie am CERN zu installieren. Das Team untersuchte die Quantenstruktur von Radiummonofluorid (RaF)-Molekülen. Die Quantenstruktur bestimmt die Energieniveaus und wie sich diese Niveaus unter verschiedenen Bedingungen ändern. Wissenschaftler sagen voraus, dass RaF-Moleküle nützlich sind, um die Verletzung bestimmter fundamentaler Symmetrien in der Natur zu untersuchen. Das Team maß Änderungen des elektronischen Energieniveaus, wenn eines der Radium Kerne wurde durch ein anderes Isotop ersetzt. Dies zeigt die extreme Empfindlichkeit dieser Moleküle gegenüber der Wechselwirkung von Elektronen und Kernen im Nahbereich.

Der Aufprall

Die Fähigkeit, Energieniveaus genau zu messen und die Anzahl der Neutronen in den Kernen von Molekülen zu ändern, eröffnet neue Wege der Forschung. Der Urknall hätte gleiche Mengen an Materie und Antimaterie erzeugen sollen. Verletzungen fundamentaler Symmetrien können erklären, warum es in unserem Universum mehr Materie als Antimaterie gibt. Radioaktive Moleküle, die Isotope schwerer Elemente wie Radium enthalten, sind ideal, um die Verletzung dieser fundamentalen Symmetrien zu untersuchen. Wissenschaftler glauben auch, dass ihre experimentellen Entwicklungen auf die Untersuchung anderer radioaktiver Moleküle angewendet werden könnten, die erstellt in Supernovae und andere Sternexplosionen. Aber die begrenzten Beobachtungsinstrumente der Wissenschaftler verhinderten ihre Identifizierung im Weltraum. Daher werden Laborstudien radioaktiver Moleküle als Orientierungshilfe für zukünftige astrophysikalische Beobachtungen dienen.

Zusammenfassung

Radioaktive Moleküle versprechen spannende neue Möglichkeiten an den Grenzen der fundamentalen Physik und Chemie. Sie sind jedoch in der Natur sehr selten und einige kommen in der Natur überhaupt nicht vor. Das bedeutet, dass sie in spezialisierten Einrichtungen künstlich erzeugt werden müssen. Darüber hinaus kann ihre Lebensdauer nur wenige Tage oder Bruchteile einer Sekunde betragen, ihre Untersuchung erfordert äußerst sensible experimentelle Techniken. Die Installation für seltene Isotopenstrahlen (FRIB), eine Nutzereinrichtung des Department of Energy (DOE), die 2022 in Betrieb gehen wird, wird den Zugang zu Molekülen mit Isotopen der schwersten Elemente aus einer Hand ermöglichen. Zukünftige Entwicklungen der aktuellen Technik an dieser Einrichtung werden eine neue Plattform für Entdeckungen in der Grundlagenphysik bieten. Dies wird das Verständnis der grundlegenden Symmetrien der Natur sowie das Verständnis der Chemie und Kernstruktur schwerer Elemente voranbringen.

Finanzierung

Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Department of Energy, ERC Consolidator Grant, Office of Nuclear Physics, MITI Global Seed Funds, Deutsche Forschungsgemeinschaft (Deutsche Forschungsgemeinschaft), STFC, an Ernest Rutherford Grant, Projekte von FWOVlaanderen, European Union Grant Accord, the Russian Science Foundation, das BMBF, das National Key RD Program of China und die National Natural Science Foundation of China.