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原子与分子

原子与分子

外来放射性分子可以揭示标准模型以外的物理学

05 Jun 2020
ISOLDE的CRIS
ISOLDE的CRIS:位于CERN的ISOLDE上的共线共振电离光谱。 (礼貌:Maximilien Brice / CERN)

对单氟化镭的首次光谱研究表明,该放射性分子可用于执行粒子物理标准模型的高精度测试。这项研究是由欧洲核子研究中心(CERN)的ISOLDE实验室中的一个国际物理学家团队完成的,该研究可能导致对电子的电偶极矩施加新的上限-这可能有助于解释为什么在电子偶极矩中存在的物质远大于反物质宇宙。

原子和分子光谱学使物理学家可以对电子和原子核的某些基本特性进行极其精确的测量。结果,光谱学提供了一种确定像电子这样的粒子是否符合粒子物理学标准模型的方法。

一氟化镭是物理学家特别感兴趣的分子,因为在该分子的某些同位素形式中,镭核深不对称-具有梨形质量分布。这以及大量的镭,意味着它非常适合研究束缚电子的基本特性,包括电子是否具有明显的电偶极矩。

时间反转对称

众所周知,电子具有磁偶极矩,这是粒子“自旋”或固有角动量的结果。但是,时间反转对称性(标准模型的最简单版本的宗旨)禁止电子也具有电偶极矩。

虽然标准模型的更复杂版本允许电子具有极小的电偶极矩,但测量更高的值可能会指向标准模型之外的新物理学。这将使宇宙学家非常感兴趣,因为它将揭示早期宇宙中的基本对称性破裂,这可以解释为什么宇宙中物质多于反物质。

短寿命的一氟化镭分子是在ISOLDE上创建的,产生的异质放射性粒子束可以被电离并用电磁场捕获,以供进一步研究。该团队在ISOLDE上使用了共线共振电离光谱(CRIS)仪器,这使他们能够高精度地研究极少量的颗粒。

短寿命分子

结果提供了单氟化镭的第一个光谱信息,包括同位素同位素(仅在同位素组成上有所不同的分子),由半衰期短至几天的镭同位素组成。

写在 性质,核物理学家 罗纳德·加西亚·鲁伊斯 及其同事描述了他们如何确定分子具有的能级,该能级应允许它们被激光冷却至刚好高于绝对零的温度。这是一个必要条件,可以进行从标准模型中查找偏差所需的极高精度测量。在麻省理工学院(MIT)和欧洲核子研究组织(CERN)工作的加西亚·鲁伊斯(Garcia Ruiz)目前正在麻省理工学院(MIT)和ISOLDE之间建立新的合作关系,以重燃对电子电偶极矩测量的追求。

“我们希望进一步缩小最敏感的测量值与偶极矩的理论预测值之间的差距,”他说 格达·尼恩斯(Gerda Neyens)是比利时鲁汶大学的核物理学家,也是ISOLDE的研究负责人。 “标准模型中的值非常小,超出了当前的实验范围。但是通过总结,我们已经可以约束某些预测更大价值的理论。”

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