Исследователи из Калифорнийского технологического института совершили важный прорыв в области квантовой физики, впервые создав холодные молекулы, содержащие радиоактивный радий. По мнению ученых, такие молекулы могут стать уникальными квантовыми датчиками, способными обнаруживать чрезвычайно слабые эффекты, которые современная физика пока не может объяснить.
Одной из главных целей эксперимента стало изучение фундаментальной асимметрии между материей и антиматерией. Согласно современным представлениям, после Большого взрыва они должны были образоваться в одинаковых количествах и полностью уничтожить друг друга. Однако Вселенная сегодня практически полностью состоит из обычной материи, и причина этого остается одной из самых больших загадок современной науки.
Для эксперимента ученые выбрали радий благодаря необычной форме его атомного ядра. В отличие от большинства элементов, ядро радия имеет грушевидную форму, которая значительно усиливает проявление чрезвычайно слабых физических эффектов. Именно эта особенность делает элемент одним из наиболее перспективных инструментов для поиска новой физики за пределами Стандартной модели.
Работа с радием оказалась крайне сложной. Помимо радиоактивности, этот элемент отличается высокой химической активностью и доступен лишь в микроскопических количествах. Чтобы безопасно транспортировать и использовать вещество, исследователи разработали оригинальную методику: радий смешивали с водой и ксилитом, после чего испаряли жидкость, получая стабильный материал, пригодный для дальнейших экспериментов.
Затем образец помещали в охлаждаемую гелием камеру, где при помощи лазеров атомы радия переводились в активное состояние и объединялись в молекулы. Другая лазерная система позволяла с высокой точностью измерять их квантовые свойства, необходимые для поиска новых физических эффектов.
Авторы работы отмечают, что разработанная технология может использоваться не только для радия. В будущем аналогичным способом можно будет получать и другие тяжелые радиоактивные молекулы, открывая новые возможности для высокоточных квантовых экспериментов. Параллельно команда работает над созданием специальных «молекулярных часов», которые помогут снизить уровень шумов в измерениях и сделать поиск новых частиц и фундаментальных взаимодействий еще более чувствительным.
По словам исследователей, создание холодных молекул радия — это не просто очередной лабораторный эксперимент, а важный шаг к созданию нового поколения квантовых инструментов, способных проверить существующие теории физики и, возможно, обнаружить явления, выходящие далеко за пределы нынешнего понимания устройства Вселенной.
