Physiker am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben kürzlich eine bahnbrechende Methode entwickelt, mit der die innere Struktur von Atomen erforscht werden kann, ohne dass große Teilchenbeschleuniger erforderlich sind. Dies eröffnet Wissenschaftlern einen neuen Weg, die inneren Geheimnisse der Atome aufzudecken. Das Forscherteam kombinierte radioaktive Radiumatome (Radiumatome) mit Fluoratomen, um Radiummonofluormoleküle zu bilden, wodurch Elektronen als „Boten“ in der Atomstruktur fungieren, kurzzeitig in den Kern eindringen und subtile „Informationen“ über seine innere Struktur zurückbringen konnten.
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. MIT-Forscher führten hochpräzise Messungen der inneren Elektronenenergie chemisch gebundener Radiummonofluormoleküle durch. In dieser Mikropartikel-„Collider“-Umgebung sind Elektronen um Atome herum eingeschlossen und können gelegentlich in den Kern schlüpfen und in die Umlaufbahn zurückkehren, was es Wissenschaftlern ermöglicht, das Innere des Kerns sehr bequem zu analysieren.
Das Forschungsteam stellte fest, dass es zu einer sehr kleinen, aber signifikanten Verschiebung der Energie einiger Elektronen kam, was darauf hindeutet, dass sie tatsächlich kurzzeitig in den Kern des Radiumatoms eindrangen und mit den Protonen und Neutronen im Inneren interagierten. Dieses Phänomen bietet Wissenschaftlern eine neue Möglichkeit, die „magnetische Verteilung“ von Atomkernen abzubilden. Jedes Proton und Neutron wirkt wie ein kleiner Magnet, und die Art und Weise, wie sie angeordnet sind, beeinflusst die magnetische Verteilung. Das MIT-Team plant, mit dieser Technologie erstmals die magnetische Anordnung im Radiumkern im Detail abzubilden, was grundlegende Rätsel aufklären soll, etwa warum das Universum von Materie dominiert wird und fast keine Antimaterie enthält.
Das Forscherteam wies außerdem darauf hin, dass die Kernform radioaktiver Radiumatome nicht die übliche Kugelform, sondern etwa birnenförmig sei. Es wird angenommen, dass die einzigartige asymmetrische Struktur den grundlegenden Effekt der Symmetriebrechung deutlich verstärken kann. Die Entdeckung dieser Symmetrieverletzung ist ein wichtiger Schritt zum Verständnis, warum Materie das Universum dominiert und Antimaterie kurz vor dem Verschwinden steht. Bei dieser Methode handelt es sich um einen beispiellosen „Symmetrieverstärker“, der die Grundgesetze der atomaren Kernstruktur mit hoher Empfindlichkeit unter Desktop-Versuchsbedingungen erkennen kann.
Während des Experiments führten die Forscher mithilfe eines Vakuumsystems und eines Lasers präzise Messungen an den gekühlten Radiummonofluormolekülen durch und stellten fest, dass die Elektronenenergie ein Millionstel niedriger war als erwartet, was direkt bewies, dass die Elektronen in das Innere des Kerns eindrangen und mit ihm interagierten. Diese Technologie verbessert nicht nur die Genauigkeit der Messung von Atomkernen, sondern legt auch den Grundstein für zukünftige Präzisionsexperimente zur Vorbereitung und Manipulation der Richtungsrichtung von Molekülen.
Das MIT-Team sagte, dass die Moleküle, wenn sie abkühlen und die Ausrichtung des birnenförmigen Kerns genau steuern, voraussichtlich eine präzisere „Kraftverteilungskarte“ innerhalb des Kerns zeichnen und weiter untersuchen, ob es nicht aufgedeckte Verletzungen der grundlegenden Symmetrien der Natur gibt.
Das Projekt wird vom US-Energieministerium und anderen Behörden unterstützt, und zum Kooperationsteam gehören auch Forscher von Institutionen wie dem Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment in der Schweiz.
Zusammengestellt von /ScitechDaily