放射性分子對微妙的核現象很敏感，可能會幫助物理學家探測自然界最基本的對稱性的違反情況。想象一下風暴云中的一個塵埃粒子，你就可以了解到一個中子與它所居住的分子的規模相比是多么的微不足道。

但是，正如一個塵埃微?？赡軙绊懺频能壽E一樣，一個中子可以影響其分子的能量，盡管它的大小還不到百萬分之一。而現在麻省理工學院和其他地方的物理學家已經成功地測量了一個放射性分子中的中子的微小影響。

該團隊開發了一種新技術，用于生產和研究中子數可以精確控制的短壽命放射性分子。他們手工挑選了同一分子的幾種同位素，每一種都比下一種多一個中子。當他們測量每個分子的能量時，他們能夠檢測到由于一個中子的影響而導致的核大小的微小的、幾乎無法察覺的變化。能夠看到如此小的核效應這一事實表明，科學家們現在有機會在這種放射性分子中尋找更微妙的效應，例如由暗物質引起的，或者由與目前宇宙的一些奧秘有關的新的對稱性違反來源的效應引起的。

麻省理工學院的物理學家發現放射性分子對微妙的核效應很敏感，可以成為解釋為什么宇宙中物質多于反物質的理想探針。

"如果物理學定律像我們認為的那樣是對稱的，那么大爆炸應該創造了相同數量的物質和反物質。"麻省理工學院物理學助理教授羅納德-費爾南多-加西亞-魯伊斯說："我們看到的大部分是物質，而反物質只有大約每億分之一，這意味著存在著對物理學最基本對稱性的違反，其方式是我們無法用我們所知道的一切來解釋的?，F在我們有機會測量這些違反對稱性的情況，使用這些重的放射性分子，它們對我們在自然界其他分子中看不到的核現象有極高的敏感性。"這可以為宇宙是如何被創造出來的主要謎團之一提供答案。"

魯伊斯和他的同事7月7日在《物理評論快報》上發表了他們的結果。

一種特殊的不對稱性

自然界中的大多數原子都擁有一個對稱的球形原子核，中子和質子均勻地分布在其中。但是在某些放射性元素如鐳中，原子核長成了奇怪的梨形，中子和質子在其中的分布不均勻。物理學家假設，這種形狀的扭曲可以加強對對稱性的違反，而對稱性是宇宙中物質的起源。

"放射性核可以讓我們輕易地看到這些違反對稱性的效果，"研究的主要作者Silviu-Marian Udrescu說，他是麻省理工學院物理系的一名研究生。"缺點是，它們非常不穩定，存活時間很短，所以我們需要敏感的方法來生產和快速地檢測它們。"

研究小組沒有試圖單獨確定放射性核，而是將它們放在一個分子中，進一步放大了對違反對稱性的敏感性。放射性分子由至少一個放射性原子組成，與一個或多個其他原子結合。每個原子都被一團電子所包圍，這些電子在分子中共同產生了一個極高的電場，物理學家認為這可以放大微妙的核效應，例如對稱性違反的效應。

然而，除了某些天體物理過程，如中子星合并和恒星爆炸，讓人感興趣的放射性分子并不存在于自然界，因此必須由人工創造。研究人員一直在改進技術，以在實驗室中創造放射性分子，并精確研究它們的特性。去年，他們報告了一種生產單氟化鐳分子的方法，即RaF，一種包含一個不穩定的鐳原子和一個氟原子的放射性分子。

在他們的新研究中，該團隊使用類似的技術來生產RaF同位素，或具有不同數量中子的放射性分子的版本。正如他們在之前的實驗中所做的那樣，研究人員利用位于瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心的在線同位素質量分離器(ISOLDE)設施來生產少量的RaF同位素。

該設施有一個低能量質子束，研究小組將質子束指向一個目標--一個半美元大小的碳化鈾圓盤，他們還向其注入了氟化碳氣體。隨后的化學反應產生了一系列的分子，包括RaF，研究小組使用一個由激光、電磁場和離子阱組成的精確系統將這些分子分離。研究人員測量了每個分子的質量，以估計一個分子的鐳核中的中子數量。然后他們根據分子的中子數，按同位素對分子進行分類。最后，他們分出了五種不同同位素的RaF，每一種都比下一種帶有更多的中子。通過一個單獨的激光系統，該團隊測量了每個分子的量子水平。

"想象一下，一個分子像彈簧上的兩個球一樣振動，具有一定的能量，"Udrescu解釋說，他是麻省理工學院核科學實驗室的一名研究生。"如果你改變其中一個球中的中子數量，能量的數量可能會改變。但是一個中子比一個分子小1000萬倍，以我們目前的精度，我們沒有想到改變一個中子會產生能量差異，但它確實如此。而且我們能夠清楚地看到這種影響。"

Udrescu將測量的敏感性比作能夠看到放置在太陽表面的珠穆朗瑪峰如何改變太陽的半徑，無論多么細微。相比之下，看到對稱性違反的某些影響就像看到一根人類頭發的寬度會如何改變太陽的半徑。

這些結果表明，像RaF這樣的放射性分子對核效應是超敏感的，它們的敏感性可能會揭示出更微妙的、從未見過的效應，如微小的違反對稱性的核特性，這可能有助于解釋宇宙的物質-反物質不對稱性。

"這些非常重的放射性分子很特別，對我們在自然界其他分子中看不到的核現象很敏感，"Udrescu說。"這表明，當我們開始尋找違反對稱性的效應時，我們有很大的機會在這些分子中看到它們。"

關鍵詞： MIT院 物理學家 宇宙 新線索