Grazie ai ricercatori dell'Università del Queensland, ora conosciamo con molta più certezza i momenti magnetici nucleari degli atomi di francio.

Dottor Ben Roberts, un ricercatore post-dottorato presso la School of Mathematics and Physics di UQ, detto che il momento magnetico nucleare è una proprietà fondamentale degli atomi, e conoscerne il valore con precisione è importante quando si testano le teorie fisiche fondamentali.

"Ma poiché il francio è radioattivo, le tecniche standard per determinare i momenti magnetici nucleari non possono essere facilmente applicate, " ha detto il dottor Roberts.

"Utilizzando nuovi metodi, siamo stati in grado di calcolare momenti con incertezze quattro volte inferiori ai valori migliori precedenti.

"Prendi francio-211, per esempio:il suo momento magnetico nucleare è stato precedentemente determinato nell'intervallo da 3,92 a 4,08 (nell'unità naturale per esprimere questi momenti).

"I nostri calcoli ora mostrano che è compreso tra 3,90 e 3,94".

Questa potrebbe non sembrare una grande differenza, ma la dottoressa Jacinda Ginges, un ARC Future Fellow presso UQ e Associate Investigator presso l'ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems (EQUS), detto che quando parli di fisica atomica, piccole differenze possono avere un effetto enorme, quindi restringere l'intervallo di valori possibili è un grosso problema.

"La nostra attuale comprensione delle particelle fondamentali che compongono l'Universo e delle loro interazioni si basa sul modello standard della fisica delle particelle, ma sappiamo anche che questo modello è incompleto, ci sono alcune cose che non può spiegare, " disse il dottor Ginges.

"Abbiamo bisogno di valori precisi per i momenti magnetici nucleari per poter testare la validità dei nostri modelli atomici, che a loro volta sono molto importanti per testare il modello standard della fisica delle particelle.

"Combinando esperimenti di precisione sugli atomi con la teoria atomica di alta precisione, otteniamo un modo potente per cercare nuova fisica."

Il miglioramento della precisione era il risultato di calcoli molto precisi della struttura iperfine del francio - le minuscole differenze nei livelli di energia atomica causate dal suo momento magnetico nucleare - e modelli più accurati degli effetti nucleari.

"Le precedenti determinazioni presumevano che il nucleo di un atomo di francio fosse come una palla con magnetizzazione uniforme, ma nel nostro calcolo abbiamo ipotizzato un modello più realistico che permettesse di variare la magnetizzazione all'interno del nucleo, " ha detto il dottor Roberts.

"L'effetto della magnetizzazione non uniforme (noto come effetto Bohr-Weisskopf) è particolarmente grande nel francio, quindi, tenendo conto di questo, siamo stati in grado di determinare i suoi momenti magnetici nucleari in modo molto più preciso."

"I nostri risultati possono ora essere utilizzati per confrontare la teoria atomica, che aiuterà a interpretare gli esperimenti attualmente in corso presso la struttura nazionale canadese di fisica nucleare e delle particelle, TRIONFO, " ha detto il dottor Ginges.

"Mostrano anche quanto sia importante modellare accuratamente gli effetti nucleari, e avrà implicazioni per esperimenti di precisione passati e futuri con atomi pesanti".

I risultati sono pubblicati in Lettere di revisione fisica .