麻省理工学院（MIT）的物理学家们开创了一种桌面型技术，该技术利用电子作为“原子信使”来探测原子核内部结构。这项创新方法有望取代庞大的粒子加速器，为探索宇宙学中最大的谜团之一——为何宇宙中物质远多于反物质——提供新的线索。这项发表在《科学》杂志上的研究，详细阐述了氟化镭分子如何作为微型粒子对撞机，捕获并放大电子的行为，从而实现前所未有的原子核研究。麻省理工学院物理学系托马斯·A·弗兰克副教授、该研究的负责人罗纳德·费尔南多·加西亚·鲁伊斯（Ronald Fernando Garcia Ruiz）表示，现在已经有了确凿的证据，证明可以通过这种方法对原子核内部进行探测。
革命性的分子探测方法
传统的核物理实验通常需要建造长达数公里的粒子加速器设施，这些设施通过发射高能电子束来轰击原子核。然而，麻省理工学院团队所开发的新型分子探测方法，则巧妙地利用了氟化镭分子内部天然存在的强大电场。当镭原子与氟原子结合形成分子时，这种独特的分子环境会“挤压”镭的电子，极大地增加了电子短暂穿透原子核内部的机会。研究合著者西尔维乌-马里安·乌德雷斯库（Silviu-Marian Udrescu）解释道，将这种放射性原子置于分子内部时，其电子所感受到的内部电场强度，比实验室中能够产生和施加的任何电场都要高出几个数量级。这种分子配置的作用，就像一个巨型粒子对撞机，为深入探测镭原子核提供了更便捷的途径。
探测核信号，揭示宇宙奥秘
研究人员在瑞士欧洲核子研究中心（CERN）的共线共振电离光谱设施进行了实验。他们首先捕获并冷却了氟化镭分子，随后对其进行了精确的激光测量。在实验中，研究团队检测到了电子能量的微小变化，这种变化仅相当于用于激发分子的激光光子能量的百万分之一。尽管变化极其微小，但这一可测量的改变提供了明确的证据，表明电子确实与原子核内部的质子和中子发生了相互作用。
与大多数呈球形的原子核不同，镭的原子核具有独特的不对称梨形结构。科学家们预测，这种特殊的形状能够显著增强探测基本对称性破缺的能力。这些对称性破缺或许能解释为何宇宙中物质的含量远超反物质，而根据大爆炸理论，物质和反物质在宇宙诞生之初应以等量产生。
该团队计划进一步应用这项技术，通过对分子进行深度冷却并精确控制梨形原子核的方向，来绘制核磁分布图并寻找对称性破缺的证据。加西亚·鲁伊斯教授指出，含有镭的分子被预测为在探索自然界基本对称性破缺方面具有超高灵敏度的系统。
