マサチューセッツ工科大学（MIT）の物理学者らは最近、大型粒子加速器を必要とせずに原子の内部構造を調査できる破壊的な方法を開発し、科学者が原子の内部の謎を明らかにする新たな道を切り開いた。研究チームは、放射性ラジウム（ラジウム）原子とフッ素原子を組み合わせてラジウムモノフッ素分子を形成し、電子が原子構造内で「メッセンジャー」として機能できるようにし、原子核に短時間侵入し、その内部構造に関する微妙な「情報」を持ち帰った。
結果はサイエンス誌に掲載されました。 MITの研究者は、化学的に結合したラジウムモノフッ素分子の内部電子エネルギーの高精度測定を実施した。この微粒子「衝突器」環境では、電子は原子の周囲に閉じ込められ、時折原子核に滑り込んで軌道に戻ることができるため、科学者は非常に便利に原子核の内部を分析することができます。
研究チームは、一部の電子のエネルギーに非常に小さいながらも重大な変化があることを発見しました。これは、電子が一時的にラジウム原子の原子核に入り、内部の陽子および中性子と相互作用したことを示しています。この現象は、科学者に原子核の「磁性分布」をマッピングする新しい手段を提供します。陽子と中性子はそれぞれ小さな磁石のように働き、その配列の仕方が磁気の分布に影響を与えます。 MITチームはこの技術を使ってラジウム原子核内部の磁気配置を初めて詳細に地図化する予定で、これによりなぜ宇宙が物質に支配され、反物質がほとんど存在しないのかなどの基本的な謎が解明されると期待されている。
研究チームはまた、放射性ラジウム原子の核の形が一般的な球形ではなく、ほぼ洋ナシ形であることも指摘した。ユニークな非対称構造は、基本的な対称性の破壊効果を大幅に増幅できると考えられています。この対称性の破れを検出することは、なぜ物質が宇宙を支配し、反物質が消滅の危機に瀕しているのかを理解する上で重要なステップとなります。この手法は、机上実験条件下で原子核構造の基本法則を高感度に検出できる、これまでにない「対称増幅器」です。
実験中、研究者らは真空システムとレーザーを使用して、冷却されたラジウムモノフッ素分子の精密な測定を行ったところ、電子のエネルギーが予想よりも100万分の1低いことを発見し、これは電子が原子核の内部に入って相互作用していることを直接証明した。この技術は、原子核の測定精度を向上させるだけでなく、分子の方向性を準備および操作する将来の精密実験の基礎を築きます。
MITチームは、分子が冷えて洋ナシ型の核の向きを細かく制御することで、核内でより正確な「力分布図」を描き、自然の基本的な対称性に対する未解明の違反が存在するかどうかをさらに調査することが期待されると述べた。
このプロジェクトは米国エネルギー省およびその他の機関によって支援されており、共同チームにはスイスの共線共鳴イオン化分光実験などの機関の研究者も含まれています。
/ScitechDaily から編集