物理学家首次测量了短寿命放射性分子 一个国际团队的实验和理论物理学家在欧洲核子研究中心（CERN）的核物理设施ISOLDE成功地进行了有史以来首次对短寿命放射性分子镭单氟化物的激光光谱测量。激光光谱学是指在分子上照射激光光以揭示其能量结构的过程。这是物理学家常用的标准方法。然而，直到现在，研究人员尚未能够利用这种技术研究含有一个或多个不稳定核的短寿命放射性分子。曼彻斯特大学领导了这些技术的发展，使灵敏度得以提高到足以进行这些测量。与原子相比，这些分子提供了一个更好的方法来探索自然的基本对称性，并寻找新的物理现象。今天在《自然》杂志上发表的结果代表了朝着利用这些分子进行基本物理研究及其他领域迈出的关键一步。主要研究员罗纳德·加西亚·鲁伊斯说：“我们的测量表明，镭单氟化物分子可以被冷却到足以让研究人员以非凡的细节进行研究。”他表示：“我们的结果为对短寿命放射性分子进行高精度研究铺平了道路，这为基本物理和其他领域的研究提供了一个新的独特实验室。”曼彻斯特大学由STFC资助，欧内斯特·卢瑟福德奖获得者基兰·弗拉纳根表示：“利用放射性分子寻找新的物理现象，并帮助回答核物理和粒子物理领域的基本问题有着巨大的机会。”镭单氟化物分子特别有趣，因为它们包含镭，其中一些同位素的核呈梨形，一端的质量比另一端更大。这些异国情调的梨形形状会放大破坏自然基本对称性的过程，可能揭示标准模型之外的新物理现象。科学家认为，新的发现可以帮助证明破坏时间反演对称性的过程，即如果你将时间向前推移换成向后推移，粒子的特性会发生变化，这会给粒子带来一个电偶极矩。这可以被看作是一个由环绕每个基本粒子的虚拟粒子云的移位，远离质心。标准模型预测了一个非零但非常小的电偶极矩，但标准模型之外的理论通常预测更大的值。核梨形将放大假定的电偶极矩，因此提供了一种敏感的方式来探索标准模型之外的新现象，这与在高能粒子对撞机（如大型强子对撞机）中搜索新物理的方法是互补的。这次实验建立在对镭单氟化物能量结构进行的理论研究的基础上。根据这些调查，预测该分子适于激光制冷，即利用激光冷却原子或分子以进行高精度研究。“ISOLDE对镭单氟化物的这一激光光谱研究提供了强有力的证据，表明这些分子确实可以被激光冷却，”ISOLDE发言人格尔达·内恩斯说。国际合作团队通过向铀碳化物靶射入质子来制备放射性镭同位素，然后通过在目标周围环绕四氟化碳气体形成镭单氟化物离子。然后将镭单氟化物离子通过ISOLDE的共线共振电离激发（CRIS）设置发送，将这些离子转变为中性分子，随后在特定激光频率下，将它们提升到激发能态。一部分这些激发分子被第二束激光引起电离，并被偏转至粒子探测器进行分析。通过分析测定的激发分子光谱，团队能够识别分子的低能级能量和一些证明这些分子可以被激光冷却用于未来精密研究的性质。除了在探索基本对称性方面的潜力外，由短寿命同位素制成的分子在空间中可能极为丰富，例如在超新星残骸或中子星合并产生的气体中。该项目部分由科学与技术设施理事会（STFC）资助。 进一步阅读”
