El universo opera según un principio fundamental de simetría: las leyes de la física deberían aplicarse por igual en el tiempo y el espacio. Si bien esto es válido para la mayoría de los fenómenos, como la gravedad o el electromagnetismo, ciertos aspectos de la naturaleza exhiben pequeños desequilibrios que los científicos están luchando por explicar. Uno de esos misterios reside en los núcleos radiactivos. Estos núcleos atómicos, con su distribución desigual de protones y neutrones, amplifican incluso las rupturas de simetría más leves.
Los científicos creen que descubrir estas asimetrías podría conducir a avances más allá de nuestra comprensión actual de la física, como lo describe el Modelo Estándar. Un equipo de investigadores del CERN y el MIT ha dado un paso de gigante hacia este objetivo. Por primera vez, han observado cómo se distribuye el magnetismo dentro del núcleo de una molécula, una hazaña que antes era imposible debido a limitaciones técnicas.
Un aguacate molecular único
La clave de este avance reside en una molécula radiactiva específica: el monofluoruro de radio (RaF). Este compuesto inusual consiste en un átomo de radio unido a un átomo de flúor. El núcleo de radio, conocido por su “deformación octupolo”, posee una forma distintiva parecida a una pera o un aguacate, una característica rara que se encuentra sólo en un puñado de núcleos atómicos en toda la carta nuclear. Esta asimetría convierte a RaF en un candidato ideal para detectar violaciones sutiles de simetría.
Sin embargo, estudiar RaF presenta desafíos importantes. El radio es notablemente radiactivo y se desintegra rápidamente en unos 15 días. Esta inestabilidad significa que los científicos sólo pueden producir cantidades mínimas de la molécula y estudiarla durante momentos fugaces. Cada molécula de RaF existe por meras fracciones de segundo antes de desaparecer.
Desenmascarando el magnetismo nuclear
Para superar estos obstáculos, los investigadores utilizaron la instalación ISOLDE del CERN para generar radio-225 y combinarlo con gas flúor. Este proceso dio como resultado un flujo continuo de moléculas de RaF apenas detectables: solo unas cincuenta por segundo cumplían las condiciones necesarias para la medición.
Empleando rayos láser de alta precisión sintonizados a frecuencias específicas, bombardearon estas moléculas fugaces. La absorción o emisión de luz por la molécula produjo un espectro, una huella digital única que revela información sobre la distribución de los electrones que rodean el núcleo. En este caso, sin embargo, cambios inesperados dentro de los patrones espectrales apuntaban hacia algo más profundo: la influencia del magnetismo interno del núcleo de radio sobre los electrones en órbita.
Este fenómeno, conocido como efecto Bohr-Weisskopf, se había observado previamente en átomos individuales, donde un solo electrón interactúa con un solo núcleo. Detectarlo dentro de una molécula no tenía precedentes debido al movimiento constante de electrones entre los dos núcleos de una molécula, que puede oscurecer las señales magnéticas. Pero en RaF, el átomo de flúor más simple permitió a los investigadores centrarse en la estructura magnética del núcleo de radio, más pesado.
¿Una ventana a la nueva física?
Esta innovadora observación (una medición directa del magnetismo dentro del núcleo de una molécula) abre nuevas e interesantes vías de investigación. El equipo ahora planea atrapar y ralentizar estas moléculas con láseres, permitiendo mediciones aún más precisas que podrían revelar otras pequeñas violaciones de la simetría. Estos hallazgos podrían apuntar hacia partículas o fuerzas desconocidas más allá del modelo estándar, revolucionando nuestra comprensión del universo.
Como concluye Wilkins: “Ahora sabemos que pueden ser herramientas poderosas para buscar nueva física”.
