Международная команда исследователей осуществила прорывное открытие, впервые заглянув во внутреннее магнитное строение ядра радия посредством молекулярных экспериментов. Этот шаг позволил не только подтвердить точность современных теоретических представлений о магнитном поле внутри ядра, но и открыл новые перспективы в изучении явлений, выходящих за пределы Стандартной модели физики элементарных частиц. Уникальность исследований обеспечена поддержкой Российского научного фонда (РНФ), а также тесным сотрудничеством ведущих научных организаций, включая Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт», Санкт-Петербургский государственный университет и Европейскую организацию ядерных исследований (ЦЕРН).
Загадка преобладания материи и роль фундаментальных симметрий
Стандартная модель физики элементарных частиц объясняет подавляющее большинство наблюдаемых явлений микромира, однако некоторые ключевые вопросы остаются без ответа. Например, загадка значительного преобладания материи над антиматерией во Вселенной цементирует статус этой модели как незавершённой теории. По мнению ученых, разгадку стоит искать в нарушении фундаментальных симметрий — принципов, лежащих в основе отражения пространства, реверса времени и перехода к антиподам частиц. Предполагается, что эти нарушения могут приводить к асимметрии между веществом и антивеществом, однако предсказанные механизмы в рамках Стандартной модели недостаточны для объяснения столь масштабного эффекта. В связи с этим исследования, выходящие за пределы существующих рамок, приобретают важнейшее значение для понимания устройства Мироздания.
Молекулярные эксперименты как инструмент поиска новой физики
Один из наиболее перспективных путей тестирования фундаментальных законов природы — спектроскопические исследования атомов и молекул. Особую роль здесь играют наблюдения за очень тонкими эффектами, возникающими при взаимодействии электронов с магнитным полем ядра. Электрон, находясь вблизи ядра, может проникать вглубь и становиться чрезвычайно чувствительным датчиком магнитных свойств протоно-нейтронного состава. Такие исследования открывают доступ к подробностям внутренней структуры ядер, которые ранее удавалось изучать лишь в опытах с отдельными атомами.
Явление, именуемое эффектом Бора–Вайскопфа, описывает воздействие распределенного магнитного поля внутри ядра на энергетические уровни окружающих электронов. До недавнего времени экспериментальные наблюдения этого эффекта были доступным только для атомных систем, поскольку корректное описание малейших поправок — задача чрезвычайно сложная для молекулярных расчетов.
Прорыв в изучении ядра радия: синтез и точные измерения
Благодаря усилиям международной группы ученых из CRIS (ЦЕРН) реализована уникальная методика синтеза молекул радий-фторида (RaF), включающих изотоп радия-225 с весьма коротким периодом полураспада — около двух недель. В результате проведённых экспериментов спектр вновь созданных молекул был измерен с рекордной для молекулярной физики точностью. Эти безупречно точные экспериментальные данные сопоставили с новейшими теориями и расчетами, выполненными в Петербургском институте ядерной физики и Санкт-Петербургском госуниверситете. Совпадение теоретических прогнозов и экспериментальных наблюдений стало важнейшим подтверждением того, что магнитная структура ядра отчетливо проявляет себя уже на молекулярном уровне.
Впервые удалось доказать, что внутреннее распределение магнитного поля ядра оказывает заметное влияние на характеристики молекулы, чем еще раз подчеркнули достоверность современных моделей и открыли новые горизонты для осуществления еще более тонких экспериментов.
Молекула RaF и новый уровень фундаментальных поисков
Радий-фторид (RaF) заслуживает особого внимания среди ученых, исследующих основы мироздания. Его ценность объясняется необычной грушевидной формой ядра радия-225, которая способна усиливать проявления нарушений симметрий, связанных с пространственной инверсией и обращением времени. Исследования подобных молекулярных объектов позволяют надежнее фиксировать потенциальные сигналы, указывающие на существование неизвестных ранее физических взаимодействий, выходящих за пределы Стандартной модели.
Чем точнее и чувствительнее что-то можно измерить в подобных системах, тем выше вероятность обнаружить нюансы в поведении природы, которые могут пролить свет на причины существования барионной асимметрии во Вселенной. Новейшие методики и достижения в области молекулярной спектроскопии приводят к расширению возможностей поиска нарушений симметрий и, возможно, к открытию новых законов физики.
Современные методы молекулярной теории и их перспективы
Благодаря стремительному развитию вычислительных алгоритмов и теоретической базы, современная молекулярная физика обладает средствами моделирования, позволяющими с высокой точностью рассчитать взаимодействие электронов с ядрами даже таких сложных систем, как RaF. Полученные результаты демонстрируют, что уровни точности уже сегодня выходят на субпроцентные значения, что ранее казалось практически невозможным для молекул.
Данные успехи открывают путь к разработке новых, ещё более чувствительных молекулярных экспериментов, главной целью которых будет поиск проявлений новой физики, не известной современным теоретикам. Помимо этого, усовершенствованные подходы находят применение и в других областях, таких как развитие сверхточных атомных часов и исследование фундаментальных свойств материи с помощью прецизионной атомной спектроскопии.
Синергия российских и международных научных центров
Без преувеличения можно сказать, что подобного рода исследования стали возможны благодаря взаимодействию множества крупных научных организаций. Петербургский институт ядерной физики имени Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» и Санкт-Петербургский государственный университет внесли существенный вклад в теоретическое обоснование и расчетные методики описания сложных молекулярных систем. Плотное сотрудничество с лабораториями Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) позволило реализовать идеи, казавшиеся ещё недавно недостижимыми.
Поддержка Российского научного фонда (РНФ) обеспечила устойчивое финансирование всех ключевых этапов исследования, что позволило учёным работать на самых передовых рубежах современной фундаментальной физики.
Все эти успехи свидетельствуют о высоком уровне отечественной и мировой науки, а полученные результаты вдохновляют на новые исследования, способные изменить наше представление о Вселенной и её глубинных законах.
Источник: indicator.ru
