Учёные Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» (ПИЯФ) в составе коллектива Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) впервые в мире изучили соединения с нестабильными деформированными ядрами методом лазерной спектроскопии. По мнению исследователей, этот эксперимент открывает возможности поиска новых физических явлений за пределами Стандартной модели — теории, описывающей взаимодействие элементарных частиц. Об этом сообщается в журнале Nature.
Применённый учёными новый метод исследования объединил возможности суперколлайдера и лазерной спектроскопии и позволил точно измерить спектры радиоактивных молекул монофторида радия, чья «продолжительность жизни» составляет всего несколько дней. Эксперимент был проведён на установке ISOLDE, известной как «фабрика изотопов». На ней ионы монофторида радия сначала разгонялись до высоких скоростей, что позволило увеличить разрешение молекулярных спектров. Затем ионы превратили в нейтральные молекулы и снова ионизировали, чтобы измерить уровни молекулярной энергии.
Вклад учёных ПИЯФ состоял в теоретическом предсказании энергетических характеристик монофторида радия. Так был подобран нужный режим работы лазера для перевода молекул в возбуждённое состояние и обеспечен успех всего эксперимента.
«Подобный метод раньше применялся для работы с другими молекулярными объектами, но адаптировать его для изучения радиоактивных молекул никому не удавалось — для них он был закрыт», — сообщил в беседе с RT один из авторов работы, старший научный сотрудник ПИЯФ Тимур Исаев.
По мнению Тимура Исаева, соединение монофторида радия интересно тем, что содержит радий, некоторые изотопы которого имеют ядра в форме груши. Эта экзотическая форма способствует усилению взаимодействий, изменяющих фундаментальные уравнения физики и законы симметрии в природе.
«В нашем привычном макромире мы явно видим направление течения времени, но в микромире всё не так. Вероятности взаимодействий между элементарными частицами не зависят от направления времени. Мы ощущаем ход времени и его направление, но взаимодействующие элементарные частицы времени «не ощущают», и оно не оказывает влияния на процессы микромира», — пояснил Тимур Исаев.
Изучение радиоактивных молекул, особенно с короткоживущими изотопами, очень перспективно для фундаментальных исследований, для обнаружения новой физики за пределами Стандартной модели.
«Монофторид радия — это только первая ласточка. Теперь лазерную спектроскопию можно будет проводить на других радиоактивных молекулах, включая даже такие, у которых «продолжительность жизни» составляет несколько десятков миллисекунд», — отметил Тимур Исаев.
Новый метод перспективен не только для изучения фундаментальной симметрии, но и для разгадки космических тайн. Выход за пределы Стандартной модели открывает возможность для поиска следов таинственной тёмной материи Вселенной, полагают исследователи. Также радиоактивные молекулы в изобилии присутствуют в остатках сверхновых звёзд или в газе, образующемся при слиянии нейтронных звёзд.
По словам учёных, полученный инструмент для высокоточных исследований короткоживущих радиоактивных молекул дополняет работы по новой физике, которые проводятся на Большом адронном коллайдере. Также, по утверждению российских учёных, открытие имеет ряд прикладных применений.
«Наша разработка имеет и практическое применение. Она открывает новые возможности для ядерной медицины и утилизации радиоактивных отходов, для их безопасного дистанционного анализа», — подытожил Тимур Исаев.