Per la prima volta, i fisici nucleari hanno effettuato misurazioni precise di una molecola radioattiva di breve durata, il monofluoruro di radio (RaF). Nel loro studio pubblicato sulla rivista Nature Physics , i ricercatori hanno combinato tecniche di intrappolamento ionico con sistemi laser specializzati per misurare i dettagli più fini della struttura quantistica di RaF.
Questo approccio ha consentito la caratterizzazione dei livelli di energia rotazionale di questa molecola nonché la determinazione del suo schema di raffreddamento laser. Il raffreddamento laser è un metodo che utilizza la luce laser per rallentare e intrappolare atomi e molecole. Questi risultati rappresentano un passo fondamentale per futuri esperimenti volti a raffreddare con il laser e intrappolare le molecole RaF.
Gli scienziati hanno previsto che le molecole che contengono nuclei pesanti a forma di pera, come il radio, sono altamente sensibili alle proprietà nucleari elettrodeboli e alla fisica oltre il Modello Standard. Ciò include fenomeni che violano la parità e la simmetria di inversione temporale. La violazione dell’inversione del tempo, oltre i vincoli attuali, è una condizione essenziale per spiegare l’asimmetria materia-antimateria dell’universo. I nuovi risultati forniscono ai ricercatori una caratterizzazione dettagliata della struttura quantistica di RaF, aprendo l'uso di questa molecola in futuri esperimenti volti a ricercare tali effetti.
Le molecole radioattive contenenti nuclei deformati da ottupolo, come il radio (Ra), promettono di essere sistemi quantistici eccezionali da utilizzare negli studi sulle particelle fondamentali e sulle forze della natura. L'esclusiva forma a pera del nucleo del radio, combinata con la struttura del livello energetico di una molecola polare, può portare a una maggiore sensibilità alle proprietà nucleari che violano la simmetria di oltre cinque ordini di grandezza rispetto agli atomi stabili.
I ricercatori, fisici nucleari del Massachusetts Institute of Technology e collaboratori, hanno studiato spettroscopicamente la struttura dettagliata di RaF, eseguendo il lavoro nell'esperimento Collinear Resonance Ionization Spectroscopy (CRIS) presso l'Isotope Separator On Line Device Radioactive Ion Beam Facility presso l'Organizzazione europea per la ricerca scientifica. Ricerca nucleare (ISOLDE—CERN).
Il metodo dei ricercatori ha consentito di mappare, con elevata sensibilità, i livelli energetici di RaF, determinando uno schema di raffreddamento laser per rallentare e intrappolare questa molecola. Gli scienziati stanno sviluppando rapidamente metodi per controllare e interrogare le molecole ultrafredde. Questi metodi, combinati con le nuove capacità degli impianti di fasci radioattivi di produrre grandi quantità di molecole radioattive, come il CERN (Svizzera) e il FRIB (Stati Uniti), stanno aprendo una nuova frontiera nell’esplorazione dei nuclei atomici e nella violazione delle simmetrie fondamentali della natura.
