浙江
麻省理工學院（MIT）物理學家近期研發出一種顛覆性的方法，無需大型粒子加速器也能探尋原子的內在結構，為科學家揭示原子內部奧秘開辟了新路徑。研究團隊通過將放射性鐳（radium）原子與氟原子結合，形成鐳單氟分子，讓電子在原子結構中充當“信使”，短暫進入原子核并帶回關于其內部結構的微妙“信息”。
該成果已發表于《科學》期刊。MIT研究人員對化學鍵合后的鐳單氟分子內部電子能量進行了高精度測量。在這種微型粒子“對撞機”環境下，電子被局限于原子周圍，偶爾能滑入原子核并返回軌道，使得科學家們能以極高便利性分析原子核內部。
研究團隊發現，部分電子能量出現極微小但顯著的偏移，說明它們確實短暫進入了鐳原子的核內，并與內部的質子和中子發生了作用。這一現象為科學家繪制原子核“磁分布”提供了新手段。每個質子和中子都像小磁鐵，它們的排列方式會影響磁分布。MIT團隊計劃利用此技術首次詳細繪制鐳原子核內部的磁性排列，有望解釋宇宙為何以物質為主而幾乎沒有反物質等基礎謎題。
研究團隊還指出，放射性鐳原子的核形狀并非常見的球狀，而是近似梨形，獨特的不對稱結構被認為能顯著放大基本對稱性破缺效應。探測這種對稱性破壞，是理解物質為何主導宇宙、反物質接近消失的重要一步。該方法屬于前所未有的“對稱性放大器”，可在桌面實驗條件下高靈敏探測原子核結構的基本規律。
在實驗過程中，研究者用真空系統和激光對冷卻后的鐳單氟分子進行精密測量，發現電子能量比預期更低一百萬分之一，這直接證明電子進入并與原子核內部發生互動。此技術不僅提升了對原子核測量精度，也為未來制備與操控分子方向性的精細實驗奠定了基礎。
MIT團隊表示，隨著分子冷卻和對梨形核取向的精細控制，他們有望在原子核內繪出更高精度的“力分布圖”，進一步探索自然界的基本對稱性是否存在未被揭示的破壞。
該項目由美國能源部等機構支持，合作團隊還包括瑞士Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment等機構的研究人員。
編譯自/ScitechDaily
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