Otkriveno zašto je u Svemiru toliko malo antimaterije
Novo istraživanje pokazalo kako su radioaktivne molekule osjetljive na suptilne nuklearne pojave. Molekule bi fizičarima mogle pomoći da istraže kršenje najosnovnijih simetrija prirode, uključujući spoznaju zašto Svemir sadrži relativno malo antimaterije. Ako zamislite česticu prašine u olujnom oblaku onda biste mogli dobiti predodžbu o beznačajnosti neutrona u usporedbi s veličinom molekule koju naseljava.
No, baš kao što prašina može utjecati na trag oblaka, neutron može utjecati na energiju svoje molekule, iako je manji od jedne milionite veličine. Nedavno su fizičari uspješno izmjerili mali neutronski učinak u radioaktivnoj molekuli. Tim fizičara razvio je novu tehniku za proizvodnju i proučavanje kratkotrajnih radioaktivnih molekula s neutronskim brojevima koje mogu precizno kontrolirati.
Ručno su odabrali nekoliko izotopa iste molekule, svaki s jednim neutronom više od sljedećeg. Kada su izmjerili energiju svake molekule, uspjeli su otkriti male, gotovo neprimjetne promjene veličine jezgre, uslijed učinka jednog neutrona.
"Ako su zakoni fizike simetrični onakvi kakvima mi mislimo da jesu, onda je Veliki prasak trebao stvoriti materiju i antimateriju u istoj količini. Činjenica da je većina onoga što vidimo materija, a samo jedan dio antimaterija, znači da postoji kršenje najosnovnijih simetrija fizike, na način koji ne možemo objasniti svim onim što znamo ", kaže Ronald Fernando Garcia Ruiz, docent fizike na MIT-u.
"Sada imamo priliku izmjeriti ta kršenja simetrije, koristeći ove teške radioaktivne molekule, koje su izuzetno osjetljive na nuklearne pojave koje u prirodi ne možemo vidjeti u drugim molekulama", kaže on. "To bi moglo pružiti odgovore na jednu od glavnih misterija o tome kako je stvoren Svemir."
Većina atoma u prirodi ugošćuje simetričnu, sfernu jezgru, s neutronima i protonima ravnomjerno raspoređenim po cijelom području. Ali u određenim radioaktivnim elementima poput radija, atomske jezgre su neobično kruškastog oblika, s neravnomjernom raspodjelom neutrona i protona. Fizičari pretpostavljaju da ovo izobličenje oblika može pojačati kršenje simetrija koje su izvor materije u svemiru.
"Radioaktivne jezgre mogle bi nam omogućiti da lako uočimo te učinke koji krše simetriju", kaže glavni autor studije Silviu-Marian Udrescu, diplomirani student na Odjelu za fiziku MIT-a. "Nedostatak je što su vrlo nestabilni i žive vrlo kratko, tako da su nam potrebne osjetljive metode kako bismo ih brzo proizveli i otkrili."
Umjesto da sami pokušaju utvrditi radioaktivne jezgre, tim ih je smjestio u molekulu koja dalje pojačava osjetljivost na kršenje simetrije. Radioaktivne molekule sastoje se od najmanje jednog radioaktivnog atoma, vezanog za jedan ili više drugih atoma. Svaki je atom okružen oblakom elektrona koji zajedno generiraju izuzetno visoko električno polje u molekuli za koje fizičari vjeruju da bi moglo pojačati suptilne nuklearne učinke, poput učinaka kršenja simetrije.
Garcia Ruiz u suradnji s drugim fizičarima pročišćavaju tehnike stvaranja radioaktivnih molekula u laboratoriju i precizno proučavaju njihova svojstva. Prošle godine izvijestili su o metodi za proizvodnju molekula radij-monofluorida ili RaF-a, radioaktivne molekule koja sadrži jedan nestabilan atom radija i atom fluorida.
U svom novom istraživanju tim je koristio slične tehnike za proizvodnju RaF izotopa ili inačica radioaktivne molekule s različitim brojem neutrona. Kao što su to učinili u svom prethodnom eksperimentu, istraživači su koristili izolator za razdvajanje mase On-Line, ili ISOLDE, za proizvodnju malih količina RaF izotopa.
U objektu se nalazio niskoenergetski snop protona, koji je tim usmjerio prema cilju - disku urana-karbida veličine kovanice od 50 lipa, na koji su također ubrizgali plin ugljični fluorid. Kemijske reakcije koje su uslijedile stvorile su zbir molekula, uključujući RaF, koje je tim odvojio preciznim sistomemom lasera, elektromagnetskih polja i ionskih zamki. Istraživači su izmjerili masu svake molekule kako bi procijenili broj neutrona u jezgri radija molekule. Zatim su molekule razvrstali po izotopima, prema njihovim neutronskim brojevima.
Na kraju su razvrstali po skupinama pet različitih izotopa RaF, od kojih je svaki imao više neutrona od sljedećeg. Zasebnim sustavom lasera tim je mjerio kvantne razine svake molekule. Rezultati su pokazali da su radioaktivne molekule poput RaF-a ultrasenzibilne na nuklearne učinke i da njihova osjetljivost vjerojatno može otkriti suptilnije, nikada prije viđene učinke, poput sićušnih nuklearnih svojstava koja krše simetriju, a koja bi mogla objasniti antimmateriju svemira asimetrija.
"Ove vrlo teške radioaktivne molekule posebne su i vrlo osjetljive na nuklearne pojave koje ne možemo vidjeti u drugim molekulama u prirodi. To pokazuje da, kada počnemo tragati za efektima koji krše simetriju, imamo velike šanse da ih vidimo u tim molekulama." zaključio je Udrescu.
Izvor: Science Daily