Vesmír se řídí základním principem symetrie – fyzikální zákony musí platit stejně v čase i prostoru. I když toto pravidlo platí pro většinu jevů, jako je gravitace nebo elektromagnetismus, některé aspekty přírody vykazují jemné narušení symetrie, které vědci stále nedokážou vysvětlit. Jedna z těchto záhad se skrývá v radioaktivních jádrech. Tato atomová jádra se svým nerovnoměrným rozložením protonů a neutronů zesilují i ta nejslabší narušení symetrie.
Vědci se domnívají, že odhalení těchto asymetrií by mohlo vést k průlomům, které přesahují naše současné chápání fyziky popsané Standardním modelem. Tým výzkumníků z CERNu a MIT v tomto směru udělal obrovský krok. Poprvé mohli pozorovat, jak je magnetismus distribuován uvnitř jádra molekuly – což bylo dříve nemožné kvůli technickým omezením.
Unikátní molekulární avokádo
Klíč k tomuto průlomu spočívá ve specifické radioaktivní molekule: fluoridu radium (RaF). Tato neobvyklá sloučenina se skládá z atomu radia vázaného na atom fluoru. Radiové jádro, známé svou „oktupólovou deformací“, má zvláštní tvar hrušky nebo avokáda – vzácnou vlastnost, kterou lze nalézt pouze v několika atomových jádrech ze všech nuklidů v tabulce. Tato asymetrie činí RaF ideálním kandidátem pro detekci jemných porušení symetrie.
Studium RaF však představuje značné problémy. Radium je extrémně radioaktivní a rychle se rozkládá asi za 15 dní. Tato nestabilita znamená, že vědci mohou produkovat pouze mikroskopická množství molekuly a studovat ji během okamžiku. Každá molekula RaF existuje jen zlomek sekundy, než zmizí.
Nukleární magnetismus odhalen
K překonání těchto překážek použili vědci zařízení CERN ISOLDE k získání radia-225 a jeho spojení s plynným fluorem. Výsledkem byl nepřetržitý proud sotva znatelných molekul RaF – pouze asi padesát za sekundu, splňující nezbytné podmínky měření.
Pomocí vysoce přesných laserových paprsků naladěných na konkrétní frekvence ozařovali tyto prchavé molekuly. Absorpcí nebo emisí světla molekulou vzniklo spektrum – jedinečný otisk prstu, který odhalil informace o rozložení elektronů kolem jádra. V tomto případě však neočekávané posuny ve spektrálních vzorcích ukázaly na něco hlubšího: vliv vnitřního magnetismu jádra radia na elektrony, které je obklopují.
Tento jev, známý jako Bohr-Weisskopfův efekt, byl již dříve pozorován u jednotlivých atomů, kde jeden elektron interaguje s jedním jádrem. Jeho detekce v molekule byla bezprecedentní díky neustálému pohybu elektronů mezi dvěma jádry v molekule, které mohou maskovat magnetické signály. Ale v RaF jednodušší atom fluoru umožnil výzkumníkům zaměřit se na magnetickou strukturu těžšího jádra radia.
Okno do nové fyziky?
Toto revoluční pozorování – přímé měření magnetismu v jádře molekuly – otevírá nové a vzrušující cesty výzkumu. Tým nyní plánuje zachytit a zpomalit tyto molekuly pomocí laserů, což umožní ještě přesnější měření, která by mohla odhalit další jemné narušení symetrie. Takové objevy by mohly poukázat na neznámé částice nebo síly za standardním modelem a způsobit revoluci v našem chápání vesmíru.
Jak Wilkins uzavírá: “Nyní víme, že mohou být mocnými nástroji pro hledání nové fyziky.”
