دانشمندان MIT راهی تازه برای مشاهده درون اتم‌ها ابداع کردند

فیزیکدانان دانشگاه MIT روش مولکولی جدیدی ابداع کرده‌اند که به الکترون‌ها امکان می‌دهد درون هسته‌های اتمی را کاوش کنند. این تکنیک شگفت‌انگیز می‌تواند به دانشمندان در کشف یکی از اسرار کیهان پشتیبانی کند؛ این که چرا هرآنچه می‌بینیم ماده است و نسبت ماده به پادماده در جهان تقارن ندارد.

بر پایه گزارش ScienceDaily، برای مطالعه ساختار داخلی هسته اتم طبق معمولً دانشمندان از شتاب‌دهنده‌های غول‌پیکر (به طول چندین کیلومتر) منفعت گیری می‌کنند تا پرتوهای الکترونی را با شدت زیاد بالا به هسته‌ها بکوبند و آنها را متلاشی کنند.

اما محققان MIT رویکردی کاملاً متغیری را در پیش گرفتند. آنها اتم رادیوم را به یک اتم فلوئور متصل کردند تا مولکول رادیوم مونوفلوراید (RaF) را بسازند. این محیط مولکولی همانند یک «برخورددهنده میکروسکوپی» عمل می‌کند.

راهی تازه برای کاوش درون اتم‌ها

محققان با منفعت گیری از طیف‌سنجی لیزری دقیق، انرژی الکترون‌های اتم رادیوم را در میانه حرکت درون مولکول RaF اندازه‌گیری کردند. آنها فهمید یک تحول کوچک در سطح انرژی الکترون‌ها شدند. این تحول جزئی، که تنها نزدیک به یک میلیونیم انرژی فوتون لیزر مورد منفعت گیری می بود، نشان می‌داد که الکترون‌ها باید برای لحظه‌ای داخل هسته شده و با پروتون‌ها و نوترون‌های درون آن برهم‌کنش داشته باشند.

محققان می‌گویند: «ما می‌دانیم برهم‌کنش الکترون‌ها با هسته از بیرون چطور است. هنگامی انرژی این الکترون‌ها را با دقت زیاد بالا اندازه‌گیری کردیم، با آنچه بر پایه برهم‌کنش خارجی انتظار داشتیم، کاملاً مطابقت نداشت. این قضیه به ما نشان داد که تفاوت باید ناشی از برهم‌کنش الکترون‌ها در داخل هسته باشد.»

الکترون‌هایی که از هسته خارج خواهد شد، این تحول انرژی را نگه داری می‌کنند و در واقع یک «مطلب هسته‌ای» با خود حمل می‌کنند که جزئیاتی از ساختار داخلی هسته را آشکار می‌سازد.

این روش می‌تواند برای اندازه‌گیری «توزیع مغناطیسی» درون هسته سودمند باشد. هر پروتون و نوترون همانند یک آهنربای کوچک است و جهت‌گیری آنها به نحوه چیدمان این ذرات بستگی دارد. اما چرا این نوشته مهم است؟

بر پایه مدل استاندارد فیزیک ذرات، جهان اولیه باید مقادیر تقریباً برابری از ماده و پادماده را در خود جای می‌داد. اما تقریباً همه چیزی که امروز مشاهده می‌کنیم، ماده است. این عدم تقارن یکی از بزرگ‌ترین معماهای کیهان‌شناسی است.

نظریه‌پردازان پیش‌بینی می‌کنند که این نقض تقارن امکان پذیر در هسته اتم‌های خاصی همانند رادیوم قابل مشاهده باشد. هسته رادیوم برخلاف اکثر هسته‌ها که کروی می باشند، شکلی نامتقارن و گلابی‌شکل دارد. این هندسه نامتقارن می‌تواند سیگنال‌های نقض تقارن را به اندازه‌ای تحکیم کند که قابل اندازه‌گیری باشند.

یقیناً کار با رادیوم زیاد چالش‌برانگیز است، چون این عنصر رادیواکتیو است، نیمه‌عمر کوتاهی دارد و مولکول‌های رادیوم مونوفلوراید را تنها در مقادیر زیاد کم می‌توان تشکیل کرد. به همین علت، نیاز به تکنیک‌های بسیار حساس برای اندازه‌گیری آن‌ها وجود دارد.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Science انتشار شده است.