Пресс-центр

На фабрике радиоактивных изотопов ISOLDE в ЦЕРН впервые измерены спектры радиоактивных короткоживущих молекул

Международная команда ученых, участвующая в эксперименте на фабрике радиоактивных изотопов ISOLDE, расположенной в ЦЕРН, успешно провела первые измерения лазерно-оптических спектров короткоживущей радиоактивной молекулы - монофторида радия (RaF). В основу эксперимента легли теоретические исследования электронной структуры RaF, выполненные теоретиком НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ.

Для молекулярных спектроскопистов лазерная спектроскопия, использующая узкополосное лазерное излучение для измерения молекулярных спектров, является основной техникой из набора всех экспериментальных подходов, используемых в исследованиях молекулярных спектров. До настоящего времени, однако, ученые не могли использовать лазерно-спектроскопическую технику для исследований молекул, содержащих одно (или несколько) нестабильных ядер. Стоит отметить, что по сравнению с атомами, молекулы с радиоактивными ядрами предоставляют гораздо большие возможности для исследования фундаментальных симметрий и поиска Новой физики за пределами Стандартной Модели элементарных частиц с одной стороны, и для ряда прикладных приложений (в частности, в радиофармакологии), с другой. В статье журнала Nature, вышедшей в свет в конце мая 2020 года, было опубликовано исследование, открывающее, по сути, новое, лазерно-спектроскопическое, направление в исследованиях с радиоактивными молекулами.

«Наше исследование очевидно показало, что молекулы монофторида радия могут быть охлаждены до температур, позволяющих захватить их в молекулярные ловушки и провести спектроскопические исследования с экстраординарной точностью, - пояснил CERN Newsletter один из авторов-корреспондентов статьи в Nature, профессор МИТ (США) Рональд Гарсия-Руиз (Prof. Dr. RonaldGarcia-Ruiz). - Наши результаты открывают путь для дальнейших высокопрецизионных исследований с радиоактивными молекулами, которые являются по сути лабораториями для исследований фундаментальной физики и других приложений».

Молекула монофторида радия RaF представляет особенный интерес, поскольку содержит радий, некоторые изотопы которого имеют ядра «грушевидной» формы, имеющие большую массу на одном конце, чем на другом. Такая достаточно экзотическая «грушевидная» форма приводит к значительному усилению взаимодействий нарушающих симметрию физических законов по отношению к инверсии координат (Р-четность) и обращению времени (Т-четность), что позволяет исследовать возможные проявления эффектов за пределами Стандартной Модели элементарных частиц.

Например, упомянутые Р- и Т- нечетные взаимодействия могут индуцировать электрический дипольный момент (ЭДМ) элементарных частиц, таких как электрон и протон. В Стандартной Модели ЭДМ электрона и протона также может существовать, но ряд расширений Стандартной Модели предсказывают гораздо большие (на много порядков) значения ЭДМ. Таким образом, «грушевидные» ядра предоставляют уникальные возможности для поиска взаимодействий за пределами Стандартной Модели, причем такие эксперименты существенно дополняют эксперименты на Большом Адронном Коллайдере.

Определяющими для успеха настоящего эксперимента стали теоретические исследования электронной структуры RaF, выполненные ранее Тимуром Исаевым (старший научный сотрудник Лаборатории квантовой химии Отделения перспективных разработок НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, Россия) и Робертом Бергером (профессор Марбургского Университета, Германия). Именно в их исследованиях было высказано изначальное предположение о том, что молекула RaF может быть охлаждена с помощью лазеров и предсказана структура электронных уровней RaF. «Наше экспериментальное исследование монофторида радия на ISOLDE предоставило твердое доказательство, что RaF является лазерно-охлаждаемой молекулой», - говорит Роберт Бергер, второй автор-корреспондент статьи в Nature, по инициативе которого начались исследования RaF на ISOLDE. «Мы уверены, что наш подход может быть также использован для лазерно-спектроскопических исследований других нейтральных и заряженных соединений, содержащих изотопы ядер с временем жизни вплоть до десятков миллисекунд», - добавляет профессор Рональд Гарсия-Руиз.

«Теоретические исследования играют ключевую роль для идентификации радиоактивных двух- и многоатомных молекул, имеющих большой потенциал для ряда прикладных исследований и особенно перспективных для поиска новой физики за пределами Стандартной Модели», - подчеркивает в заключение Тимур Исаев.