۲۴ اکتبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: پرابات رانجان میشرا -عنوان: این تصویر هسته گلابی شکل اتم رادیوم متشکل از پروتون‌ها و نوترون‌ها را در مرکز نشان می‌دهد که توسط ابری از الکترون‌ها (زرد) و یک الکترون (توپ زرد با فلش) احاطه شده است.
دانشمندان روش جدیدی را توسعه داده‌اند که می‌تواند به آنها در کاوش درون هسته اتم کمک کند. این روش که توسط محققان MIT توسعه داده شده است، از الکترون‌های خود اتم به عنوان «پیام‌رسان» در داخل یک مولکول برای کمک به کاوش درون هسته استفاده می‌کند.
رونالد فرناندو گارسیا رویز، یکی از نویسندگان این مطالعه و دانشیار فیزیک توماس ای. فرانک در MIT، گفت: «نتایج ما زمینه را برای مطالعات بعدی با هدف اندازه‌گیری نقض تقارن‌های اساسی در سطح هسته‌ای فراهم می‌کند.»
این می‌تواند پاسخ‌هایی به برخی از مبرم‌ترین سوالات در فیزیک مدرن ارائه دهد.این تیم تحقیقاتی همچنین خاطرنشان کرد که معمولاً آزمایش‌هایی برای کاوش درون هسته‌های اتمی شامل تأسیسات عظیم و کیلومترها طولی است که پرتوهای الکترون را به سرعت کافی برای برخورد با هسته‌ها و شکستن آنها شتاب می‌دهند.
روش جدید مبتنی بر مولکول این تیم، جایگزینی رومیزی برای کاوش مستقیم درون هسته اتم ارائه می‌دهد. با این روش جدید، فیزیکدانان انرژی الکترون‌هایی را که در اطراف یک اتم رادیوم که با یک اتم فلوراید جفت شده بود تا مولکولی از مونوفلورید رادیوم را تشکیل دهد، به طور دقیق اندازه‌گیری کردند.
تیم تحقیقاتی از محیط‌های درون مولکول‌ها به عنوان نوعی برخورددهنده ذرات میکروسکوپی استفاده کرد که شامل الکترون‌های اتم رادیوم بود و آنها را تشویق می‌کرد تا به طور خلاصه به هسته اتم نفوذ کنند.در داخل مولکول‌های مونوفلورید رادیوم، تیم انرژی الکترون‌های اتم رادیوم را هنگام چرخش در داخل مولکول اندازه‌گیری کرد.
تیم تحقیقاتی یک تغییر انرژی جزئی را تشخیص داد و مشخص کرد که الکترون‌ها باید به طور خلاصه به هسته اتم رادیوم نفوذ کرده و با محتویات آن تعامل داشته باشند. طبق تحقیقات MIT، همانطور که الکترون‌ها به بیرون بال می‌زدند، این تغییر انرژی را حفظ می‌کردند و یک “پیام” هسته‌ای ارائه می‌دادند که می‌توانست برای حس کردن ساختار داخلی هسته اتم تجزیه و تحلیل شود.
این روش جدید، راهی جدید برای اندازه‌گیری “توزیع مغناطیسی” هسته‌ای ارائه می‌دهد. در یک هسته، هر پروتون و نوترون مانند یک آهنربای کوچک عمل می‌کنند و بسته به نحوه‌ی پراکندگی پروتون‌ها و نوترون‌های هسته، به طور متفاوتی هم‌تراز می‌شوند. طبق یک بیانیه مطبوعاتی، این تیم قصد دارد روش خود را برای اولین بار برای نقشه‌برداری دقیق از این ویژگی هسته رادیوم به کار گیرد.
آنچه آنها پیدا می‌کنند می‌تواند به پاسخ یکی از بزرگترین اسرار کیهان‌شناسی کمک کند: چرا ما در جهان ماده بسیار بیشتری نسبت به ضدماده می‌بینیم؟
این مطالعه که در مجله Science منتشر شده است، اندازه‌گیری‌های دقیق طیف‌سنجی لیزری و محاسبات نظری ساختار مولکول مونوفلوئورید رادیوم رادیواکتیو، 225Ra19F، را نشان می‌دهد.
تیم تحقیقاتی تأکید کرد که نتایج این مطالعه امکان آشکار شدن جزئیات دقیقی از برهمکنش الکترون-هسته در برد کوتاه را فراهم می‌کند که نشان‌دهنده حساسیت بالای این مولکول به توزیع مغناطش، که در حال حاضر یک ویژگی هسته‌ای با محدودیت ضعیف است، در هسته رادیوم است.
محققان این مطالعه گفتند: «این نتایج، آزمونی مستقیم و دقیق از توصیف تابع موج الکترونیکی درون حجم هسته‌ای ارائه می‌دهد و مناسب بودن این مولکول‌ها را برای بررسی پدیده‌های زیراتمی برجسته می‌کند.»
گارسیا رویز، که گروهش بر توسعه روش‌هایی برای بررسی هسته‌های رادیوم برای یافتن نشانه‌هایی از نقض تقارن اساسی تمرکز کرده است، گفت: «پیش‌بینی می‌شود که هسته رادیوم تقویت‌کننده این شکست تقارن باشد، زیرا هسته آن از نظر بار و جرم نامتقارن است که کاملاً غیرمعمول است.»
این تیم تحقیقاتی همچنین تأکید کرد که نگاه کردن به درون هسته یک اتم رادیوم برای بررسی تقارن‌های اساسی، یک کار فوق‌العاده دشوار است.
شین ویلکینز، نویسنده اصلی مطالعه و دانشجوی سابق فوق دکترا در MIT، گفت: «رادیوم به طور طبیعی رادیواکتیو است و طول عمر کوتاهی دارد و ما در حال حاضر فقط می‌توانیم مولکول‌های مونوفلورید رادیوم را در مقادیر بسیار کمی تولید کنیم.» «بنابراین، ما به تکنیک‌های فوق‌العاده حساسی نیاز داریم تا بتوانیم آنها را اندازه‌گیری کنیم.»
