فیزیکدانان دانشگاه MIT روش مولکولی جدیدی ابداع کرده‌اند که به الکترون‌ها امکان می‌دهد درون هسته‌های اتمی را کاوش کنند. این تکنیک شگفت‌انگیز می‌تواند به دانشمندان در کشف یکی از اسرار کیهان کمک کند؛ اینکه چرا هرآنچه می‌بینیم ماده است و نسبت ماده به پادماده در جهان تقارن ندارد.
براساس گزارش ScienceDaily، برای مطالعه ساختار داخلی هسته اتم معمولاً دانشمندان از شتاب‌دهنده‌های غول‌پیکر (به طول چندین کیلومتر) استفاده می‌کنند تا پرتوهای الکترونی را با سرعت بسیار بالا به هسته‌ها بکوبند و آنها را متلاشی کنند.
اما محققان MIT رویکردی کاملاً متفاوتی را در پیش گرفتند. آنها اتم رادیوم را به یک اتم فلوئور متصل کردند تا مولکول رادیوم مونوفلوراید (RaF) را بسازند. این محیط مولکولی مانند یک «برخورددهنده میکروسکوپی» عمل می‌کند.
محققان با استفاده از طیف‌سنجی لیزری دقیق، انرژی الکترون‌های اتم رادیوم را در حین حرکت درون مولکول RaF اندازه‌گیری کردند. آنها متوجه یک تغییر کوچک در سطح انرژی الکترون‌ها شدند. این تغییر جزئی، که تنها حدود یک میلیونیم انرژی فوتون لیزر مورد استفاده بود، نشان می‌داد که الکترون‌ها باید برای لحظه‌ای وارد هسته شده و با پروتون‌ها و نوترون‌های درون آن برهم‌کنش داشته باشند.
محققان می‌گویند: «ما می‌دانیم برهم‌کنش الکترون‌ها با هسته از بیرون چگونه است. وقتی انرژی این الکترون‌ها را با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کردیم، با آنچه براساس برهم‌کنش خارجی انتظار داشتیم، کاملاً مطابقت نداشت. این قضیه به ما نشان داد که تفاوت باید ناشی از برهم‌کنش الکترون‌ها در داخل هسته باشد.»
الکترون‌هایی که از هسته خارج می‌شوند، این تغییر انرژی را حفظ می‌کنند و در واقع یک «پیام هسته‌ای» با خود حمل می‌کنند که جزئیاتی از ساختار داخلی هسته را آشکار می‌سازد.
این روش می‌تواند برای اندازه‌گیری «توزیع مغناطیسی» درون هسته سودمند باشد. هر پروتون و نوترون مانند یک آهنربای کوچک است و جهت‌گیری آنها به نحوه چیدمان این ذرات بستگی دارد. اما چرا این موضوع مهم است؟
براساس مدل استاندارد فیزیک ذرات، جهان اولیه باید مقادیر تقریباً برابری از ماده و پادماده را در خود جای می‌داد. اما تقریباً تمام چیزی که امروز مشاهده می‌کنیم، ماده است. این عدم تقارن یکی از بزرگ‌ترین معماهای کیهان‌شناسی است.
نظریه‌پردازان پیش‌بینی می‌کنند که این نقض تقارن ممکن است در هسته اتم‌های خاصی مانند رادیوم قابل مشاهده باشد. هسته رادیوم برخلاف اکثر هسته‌ها که کروی هستند، شکلی نامتقارن و گلابی‌شکل دارد. این هندسه نامتقارن می‌تواند سیگنال‌های نقض تقارن را به اندازه‌ای تقویت کند که قابل اندازه‌گیری باشند.
البته کار با رادیوم بسیار چالش‌برانگیز است، زیرا این عنصر رادیواکتیو است، نیمه‌عمر کوتاهی دارد و مولکول‌های رادیوم مونوفلوراید را تنها در مقادیر بسیار کم می‌توان تولید کرد. به همین دلیل، نیاز به تکنیک‌های فوق‌العاده حساس برای اندازه‌گیری آنها وجود دارد.
یافته‌های این پژوهش در ژورنال Science منتشر شده است.
