Бывает так, что для исследования чего-то очень малого приходится строить что-то очень большое. Например, Большой адронный коллайдер длиной более 27 км изучает элементарные частицы. Однако для нового исследования Массачусетского технологического института таких гигантских установок не потребовалось.

В опубликованном в октябре в журнале Science исследовании учёные точно измерили энергию электронов в атоме радия, соединённом с атомом фтора для образования молекулы монофторида радия. Эта молекула сама действовала как ускоритель частиц размером с атом. Команда исследователей отметила небольшое смещение уровней энергии электронов, подтверждающее, что эти электроны на короткое время проникли в ядро атома радия, что впервые дало возможность точно картировать радий.

Радий выбрали, поскольку асимметричная конфигурация его атома отчасти сделала возможным описываемый процесс. По мнению физиков, такие «грушевидные» атомы значительно расширяют возможности поиска нарушений симметрии времени (T) и зарядовой чётности (CP), выходящих за рамки Стандартной модели.

В этой устоявшейся модели атомы не могут иметь постоянный электрический дипольный момент (ЭДМ) — измерение двух равных и противоположных зарядов, разделённых небольшим расстоянием. Прошлые оценки показывают, что сигнатура ЭДМ в грушевидном атоме может быть усилена почти в 1000 раз за счёт его асимметричного заряда и массы.

Исследование подобных нарушений симметрии связано с поисками ответов на вопросы об асимметрии материи и антиматерии. Стандартная модель говорит, что в первые моменты после Большого взрыва материя и антиматерия должны были аннигилировать, оставив только чистую энергию. Этого не произошло, и учёные хотят знать, почему.

Исследователи измеряли энергетический сдвиг покидающих ядро радия электронов, несущих с собой ядерное «послание», способное раскрыть информацию о внутренней структуре атома. Речь идёт о новом способе картирования «магнитного распределения» атома. В будущем исследовании планируется охладить молекулы монофторида радия, чтобы контролировать их ориентацию и получить точное картирование их внутренней структуры.