فیزیکدانان اندازه گیری کوتاه مدت رادیواکتیو مولکول برای اولین بار

محققان در MIT و در جای دیگر باید ترکیب قدرت فوق العاده برخورد با تکنیک های طیف سنجی لیزر به دقت اندازه گیری کوتاه مدت رادیواکتیو مولکول رادیوم monofluoride برای اولین بار.

دقت مطالعات رادیواکتیو مولکول باز کردن امکانات برای دانشمندان برای جستجوی جدید فیزیک فراتر از مدل استاندارد از جمله پدیده های است که نقض خاصی اساسی تقارن در طبیعت و به دنبال نشانه ای از ماده تاریک. این تیم تجربی روش نیز می تواند مورد استفاده برای انجام مطالعات آزمایشگاهی رادیواکتیو مولکول های تولید شده در اختر فیزیک فرآیندهای.

“نتایج ما هموار کردن راه برای بالا دقت مطالعات کوتاه مدت رادیواکتیو مولکول است که می تواند یک روش جدید و منحصر به فرد آزمایشگاه برای تحقیقات در فیزیک بنیادی و زمینه های دیگر می گوید:” این مطالعه منجر نویسنده رونالد فرناندو گارسیا رویز استادیار فیزیک در دانشگاه MIT.

گارسیا رویز’ همکاران عبارتند از: الکس Brinson یک MIT دانشکده همراه با یک تیم بین المللی از محققان شاغل در سرن سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای در ژنو است. نتایج امروز منتشر شده در مجله طبیعت.

معکوس زمان

ساده ترین مولکول ساخته شده است از دو اتم هر کدام با یک هسته متشکل از تعداد معینی از پروتون و نوترون است که یک اتم سنگین تر از طرف دیگر است. هر هسته احاطه شده توسط یک ابر الکترون. در حضور یک میدان الکتریکی این الکترون می توان توزیع برای ایجاد یک بسیار بزرگ میدان الکتریکی درون مولکول است.

فیزیکدانان با استفاده مولکول و برق خود را به عنوان زمینه مینیاتور آزمایشگاه به بررسی خواص بنیادی الکترون و دیگر ذرات زیر اتمی. برای مثال وقتی یک محدود الکترون در تعامل با مولکول میدان الکتریکی انرژی خود را می تواند تغییر به عنوان یک نتیجه است که دانشمندان می توانند اقدام به استنباط الکترون خواص مانند آن الکترواستاتیک دو قطبی لحظه ای فراهم می کند که اندازه گیری آن انحراف از کروی شکل است.

با توجه به مدل استاندارد فیزیک ذرات ذرات بنیادی باید تقریبا کروی و یا ناچیز الکترواستاتیک دو قطبی لحظه ای. اگر دائم الکتریکی دو قطبی لحظه ای از یک ذره یا یک سیستم وجود دارد این مفهوم را میرسانند که فرایندهای خاصی در طبیعت هستند که متقارن به عنوان فیزیکدانان را بر عهده داشتند.

مثلا فیزیکدانان بر این باورند که اساسی ترین قوانین فیزیک باید بدون تغییر باقی می ماند با جهت زمان — یک اصل شناخته شده به عنوان زمان برگشت تقارن. که صرف نظر از اینکه زمان اجرا می شود رو به جلو یا رو به عقب گرانش به عنوان مثال باید باعث یک توپ را به سقوط کردن یک صخره و یا رول به بالا در امتداد همان مسیر در سرعت و فضا. اگر یک الکترون است و نه کاملا کروی این امر نشان می دهد که زمان برگشت تقارن است را نقض کند. این تخلف را فراهم می کند بسیار مورد نیاز شرایط برای توضیح دلیل وجود دارد که بیشتر ماده نسبت به ضد ماده در جهان ما.

با مطالعه یک الکترون را در تعامل با بسیار قوی الکتریکی و زمینه های دانشمندان ممکن است شانس دقیقا اندازه گیری الکتریکی خود را دو قطبی لحظه. در برخی از مولکول های سنگین تر اتم های خود را قوی تر داخلی خود میدان الکتریکی. رادیواکتیو ملکولها کسانی که حاوی حداقل یک هسته ناپایدار — را می توان طراحی شده برای به حداکثر رساندن داخلی خود زمینه های برق. علاوه بر این, سنگین رادیواکتیو هسته می توانید گلابی مانند اشکال است که می تواند خود را تقویت تقارن-نقض خواص.

به دلیل بالا میدان الکتریکی و منحصر به فرد هسته ای اشکال رادیواکتیو مولکول را طبیعی آزمایشگاه که در آن به کاوشگر نه تنها الکترون ساختار بلکه تقارن-نقض هسته ای خواص. اما این مولکول های کوتاه مدت هستند و دانشمندان نتوانسته اند به پین آنها را به پایین .

“این رادیو اکتیو مولکول های بسیار نادر در طبیعت و برخی از آنها را نمی توان در سیاره ما اما می توان فراوان در اختر فیزیک فرآیندهای مانند ستارگان انفجار و یا نوترون ستاره ادغام” گارسیا رویز می گوید. “بنابراین ما باید آنها را مصنوعی و چالش های اصلی بوده است که آنها تنها می تواند تولید شده در مقادیر کوچک در درجه حرارت بالا و می تواند بسیار کوتاه زندگی می کردند.”

یک سوزن در تاریکی

این تیم به دنبال یک راه برای radium monoflouride یا راف — رادیواکتیو مولکول که شامل بسیار سنگین و ناپایدار رادیوم اتم و فلوراید اتم. این مولکول است که مورد علاقه خاص به دلیل برخی ایزوتوپ از رادیوم هسته خود نامتقارن شبیه یک گلابی با جرم بیشتر در انتهای یک هسته از سوی دیگر است.

چه چیزی بیشتر نظریه پردازان پیش بینی کرده بود که انرژی ساختار رادیوم monofluoride را مولکول متمایل به لیزر خنک کننده یک تکنیک است که با استفاده از لیزر برای پایین آوردن دمای مولکول و آنها را آهسته به اندازه کافی به دقت انجام مطالعات. در حالی که اکثر مولکول های بسیاری از کشورهای انرژی آنها اشغال می توانید با تعداد زیادی از ارتعاشی و چرخشی متحده که معلوم است که رادیوم monofluoride نعمت الکترونیکی انتقال بین چند اصلی سطح انرژی — غیر منتظره ای ساده مولکول به کنترل با استفاده از لیزر خنک کننده.

این تیم قادر به اندازه گیری مولکول های از راف اول ساخت مقادیر کمی از مولکول با استفاده از سرن به جرم ایزوتوپ جدا کننده بر روی خط و یا ISOLDE تسهیلات در CERN که آنها پس از آن دستکاری شده و مورد مطالعه با لیزر با استفاده از خط مستقیم واقع شونده رزونانس یونیزاسیون طیف سنجی (CRIS) آزمایش.

در آزمایش مورد استفاده محققان سرن را پروتون Synchrotron تقویت کننده یک سری از حلقه های که دریافت پروتون از یک شتاب دهنده ذرات شتاب پروتون. این تیم اخراج این پروتون ها در یک هدف ساخته شده از اورانیوم کاربید در بالا مانند انرژی که یورش نابود اورانیوم تولید از پروتون و نوترون که مخلوط به شکل ترکیبی از رادیواکتیو هسته از جمله رادیوم است.

محققان سپس تزریق گاز کربن tetrafluoride که در واکنش با رادیوم به شارژ یا یونی مولکول های رادیوم monofluoride که آنها را از بقیه جدا اورانیوم را محصولات جانبی از طریق یک سیستم جرم-جدا کردن آهن ربا. سپس آنها را به پایین دوخته مولکول در یک یون دام و احاطه آنها را با گاز هلیوم که سرد می شود به مولکول های پایین به اندازه کافی برای محققان برای اندازه گیری آنها.

بعدی تیم اندازه گیری مولکول توسط reaccelerating و عبور آنها را از طریق CRIS راه اندازی که در آن مولکولهای یونی تعامل با اتم سدیم است که به الکترون به هر مولکول را خنثی پرتو از مولکول های در حال پرواز است. خنثی مولکول سپس ادامه داد: از طریق یک تعامل منطقه که در آن محققان نیز درخشید دو پرتوهای لیزر-یکی قرمز و دیگری آبی.

تیم کوک لیزر قرمز فرکانس بالا و پایین و متوجه شد که در برخی از طول موج لیزر طنین انداز با مولکول های هیجان انگیز الکترونی در مولکول دیگر سطح انرژی به طوری که لیزر آبی و سپس به حال به اندازه کافی انرژی برای حذف الکترون از مولکول. این resonantly هیجان زده مولکول ساخته شده یونی دوباره شد منحرف و جمع آوری شده بر روی یک آشکارساز ذرات اجازه می دهد محققان برای اندازه گیری برای اولین بار خود را در سطح انرژی و ارتباط مولکولی خواص است که نشان می دهد که ساختار این مولکول در واقع مطلوب برای لیزر خنک کننده.

“قبلی برای ما اندازه گیری در تمام سطوح انرژی این مولکول ناشناخته بودند” گارسیا رویز می گوید. “این شده است مانند تلاش برای پیدا کردن یک سوزن در یک اتاق تاریک صدها متر عرض دارد. در حال حاضر که ما در بر داشت سوزن ما می توانید اندازه گیری خواص که سوزن و شروع به بازی با آن است.”

این کار با حمایت شورای تحقیقات اروپا, DFG آلمان تحقیقات بنیاد STFC و ارنست رادرفورد این FWO-Vlaanderen, BriX IAP پژوهش و برنامه ENSAR2 های علوم پایه و BMBF. A. Brinson با حمایت Henry W. کندال (1955) و یاران.

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.detny.im