科學(xué)
一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)對(duì)鐳核的大小如何改變含有不同鐳同位素的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了世界上首次測(cè)量。該研究在 CERN 的同位素質(zhì)量分離器在線 (ISOLDE) 放射性離子束設(shè)施中使用了激光和離子阱的組合。該團(tuán)隊(duì)研究了一氟化鐳 (RaF) 分子的量子結(jié)構(gòu)。量子結(jié)構(gòu)決定了能級(jí)以及這些能級(jí)在不同條件下如何變化?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，RaF 分子可用于研究自然界中發(fā)現(xiàn)的某些基本對(duì)稱性的破壞。該團(tuán)隊(duì)測(cè)量了其中一個(gè)鐳原子核時(shí)電子能級(jí)的變化被不同的同位素取代。這表明這些分子對(duì)短距離內(nèi)電子和原子核的相互作用具有極高的敏感性。
影響
精確測(cè)量能級(jí)和修改分子核中中子數(shù)量的能力為研究開辟了新的方向。大爆炸應(yīng)該創(chuàng)造了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。違反基本對(duì)稱性可以解釋為什么我們的宇宙中物質(zhì)比反物質(zhì)多。含有鐳等重元素同位素的放射性分子是研究違反這些基本對(duì)稱性的理想選擇?？茖W(xué)家還認(rèn)為，他們的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展可以應(yīng)用于研究被其他放射性分子創(chuàng)造了在超新星和其他恒星爆炸。但是科學(xué)家們有限的觀察工具阻止了他們?cè)谔罩械淖R(shí)別。因此，放射性分子的實(shí)驗(yàn)室研究將有助于指導(dǎo)未來的天體物理觀測(cè)。
概括
放射性分子有望在基礎(chǔ)物理和化學(xué)前沿帶來激動(dòng)人心的新機(jī)遇。然而，它們?cè)谧匀唤缰蟹浅：币?，有些根本不存在于自然界。這意味著它們必須在專門的設(shè)施中人工制造。此外，它們的壽命可以短至幾天或幾分之一秒，因此研究它們需要極其敏感的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。稀有同位素束的設(shè)施(FRIB) 是能源部 (DOE) 的一個(gè)用戶設(shè)施，將于 2022 年開始運(yùn)營，它將提供對(duì)含有最重元素同位素的分子的獨(dú)特訪問。該設(shè)施當(dāng)前技術(shù)的未來發(fā)展將為基礎(chǔ)物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)提供一個(gè)新平臺(tái)。這將促進(jìn)對(duì)自然界基本對(duì)稱性的理解，并促進(jìn)對(duì)重元素化學(xué)和核結(jié)構(gòu)的理解。
資金
這項(xiàng)工作得到了能源部、ERC Consolidator Grant、核物理辦公室、MISTI 全球種子基金、Deutsche Forschungsgemeinschaft(德國研究基金會(huì))、STFC、歐內(nèi)斯特盧瑟福贈(zèng)款、FWOVlaanderen 項(xiàng)目、贈(zèng)款的支持協(xié)議、俄羅斯科學(xué)基金會(huì)、BMBF、中國國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國國家自然科學(xué)基金。
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