دانشمندان MIT شتاب‌دهنده‌ای به اندازهٔ یک مولکول می‌سازند
در یک تحول غیرمنتظره در فیزیک ذرات، پژوهشگران MIT موفق شدند یک مولکول واحد را به یک شتاب‌دهندهٔ ذرات تبدیل کنند.
در آزمایشگاهی در MIT، پژوهشگران شتاب‌دهنده‌ای ساختند که از یک مولکول بزرگتر نیست. با تابش انرژی لیزری به مولکول رادیوم مونوفلورید در یک خلا، الکترون‌ها را مشاهده کردند که هستهٔ اتمی را نفوذ می‌کنند — مسیری نوین برای مطالعهٔ مکانیک‌های پنهان ماده باز می‌کند.
این دستگاه کوچک، فرضیهٔ اینکه برای کشف رازهای زیراتمی جهان نیاز به ماشین‌های عظیم است را به چالش می‌کشد. ساختار مولکول همانند یک برخوردگر خودکفا عمل می‌کند و بینش‌های دقیق‌الاطلاع در رفتار اتم‌ها فراهم می‌آورد — بدون نیاز به تونل‌های طولانی.
کوچک‌سازی شتاب‌دهنده
به‌طور سنتی، بررسی کوچک‌ترین مؤلفه‌های ماده نیازمند زیرساخت‌های عظیم بوده است. شتاب‌ساز بزرگ هادرونی با طول ۲۷ مایل (حدود ۴۳ کیلومتر) در زیر مرز فرانسه‑سوئیس قرار دارد و به‌طور دقیق برای این هدف ساخته شده است. اما تیم MIT دریافت که ترکیب رادیوم با فلورید برای ساخت رادیوم مونوفلورید، مولکول حاصل هنگام برخورد با لیزرها رفتار شبیه به یک شتاب‌دهندهٔ مینیاتوری دارد.
پژوهشگران انرژی الکترون‌های رادیوم را اندازه‌گیری کردند و متوجه شدند که هنگام ورود به هسته، به‌صورت جزئی تغییر می‌کنند. این تغییرات نگاهی به میدان مغناطیسی هسته ارائه دادند که به‌ندرت با چنین دقتی قابل دسترسی است. دانشجوی دکترا سیلوویو‑ماریان اودرسکو در بیانیه‌ای خبری گفت: «این مولکول همچون یک برخوردگر عظیم ذرات عمل می‌کند و به ما فرصتی بهتر برای بررسی هستهٔ رادیوم می‌دهد».
چرا رادیوم تفاوت ایجاد می‌کند
موفقیت این آزمایش در مقیاس مولکولی به شکل غیرعادی رادیوم بستگی داشت. بیشتر اتم‌ها به‌طور تقریبی کروی‌اند، اما هستهٔ رادیوم دارای نامتقارنی گلابی‌شکل است. این ساختار خاص به پژوهشگران امکان می‌دهد تا نقض‌های تقارن‌های T (زمان) و CP (بار‑تقارن) را بررسی کنند — پدیده‌هایی که پایه‌های مدل استاندارد فیزیک را به چالش می‌کشند.
در چارچوب این مدل، اتم‌ها نباید دارای لحظهٔ دو قطبی الکتریکی دائمی (EDM) باشند. با این حال، هسته‌های گلابی‌شکل مانند رادیوم تصور می‌شود که حضور EDMها را تا حدود هزار برابر تقویت کنند. به گزارش Popular Mechanics، این حساسیت افزوده می‌تواند به دانشمندان در کشف سرنخ‌هایی دربارهٔ عدم تعادل ماده‑آنتی‌مادهٔ جهان کمک کند — یکی از جدی‌ترین معماهای فیزیک از زمان انفجار بزرگ.
نگاهی به داخل هسته
این آزمایش بیش از تأیید تغییرات انرژی انجام داد. نشان داد که الکترون‌ها می‌توانند از هسته خارج شوند و اطلاعاتی حمل کنند — به‌طوری که نقش پیام‌رسانی ساختار داخلی اتم را ایفا می‌کنند. رونالد فرناندو گارسیا روئیز، یکی دیگر از پژوهشگران MIT در این پروژه، گفت یافته‌هایشان «پایه‌گذاری برای مطالعات بعدی به‌منظور اندازه‌گیری نقض‌های تقارن‌های بنیادین در سطح هسته‌ای».
تا به‌حال، آزمایش‌ها با مولکول‌هایی انجام شده‌اند که در جهت‌گیری‌های تصادفی و بدون کنترل در دماهای بالا قرار داشتند. اما تیم در حال آماده‌سازی مرحلهٔ بعدی است: سرد کردن مولکول‌های رادیوم مونوفلورید برای ثابت نگه داشتن جهت‌گیری آن‌ها در فضا. این کنترل افزوده، به آن‌ها امکان می‌دهد نقشهٔ واضح‌تری از میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی اتم ترسیم کنند — و هستهٔ رادیوم را به یکی از دقیق‌ترین مناطق مطالعاتی در علم اتم تبدیل کنند.