Prima di procedere
Un team di fisici del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha sviluppato un metodo innovativo per scrutare l'interno del nucleo atomico, sfruttando lo studio delle molecole senza la necessità di ricorrere a grandi acceleratori di particelle. Questa scoperta, che si basa su un'apparecchiatura sperimentale compatta, apre nuove frontiere nella comprensione dell'asimmetria tra materia e antimateria nell'universo, un enigma che da tempo affascina la comunità scientifica.
Al centro di questa ricerca pionieristica si trovano le molecole di monofluoro di radio (RaF). In queste molecole, un elettrone dell'atomo di radio penetra naturalmente nel nucleo, interagendo con protoni e neutroni. Successivamente, l'elettrone rilascia informazioni preziose sulla struttura interna del nucleo. Questo approccio innovativo si avvale della spettroscopia laser di precisione per misurare variazioni microscopiche nell'energia degli elettroni, consentendo agli scienziati di studiare la distribuzione dei campi magnetici all'interno del nucleo di radio-225. Queste informazioni sono trasmesse dagli elettroni che hanno "visitato" l'interno del nucleo.
A differenza dei metodi tradizionali, che richiedono acceleratori di particelle con percorsi lunghi decine di chilometri, la tecnica sviluppata al MIT può essere implementata su un tavolo di laboratorio, rendendo la fisica fondamentale più accessibile alla comunità scientifica globale. Gli scienziati hanno sintetizzato in modo mirato la molecola di monofluoro di radio, l'hanno raffreddata e l'hanno inserita in una camera a vuoto. Successivamente, la molecola è stata illuminata con un laser che ha eccitato gli elettroni. Grazie all'elevata densità del campo magnetico all'interno della molecola, gli elettroni nell'orbita attorno al nucleo di radio hanno una maggiore probabilità di penetrare nel nucleo e tornare con informazioni.
Misurando l'energia degli elettroni attraverso la spettroscopia, i ricercatori sono stati in grado di determinare l'entità dello spostamento energetico dopo la "visita" al nucleo, consentendo loro di ricostruirne la struttura interna. I protoni e i neutroni all'interno del nucleo si comportano come minuscoli magneti con orientamenti diversi, e lo spostamento energetico rivela la loro distribuzione. La grandezza dello spostamento energetico è paragonabile a un milionesimo dell'energia dell'impulso laser, ma gli scienziati sono stati in grado di identificarlo con precisione.
Il radio riveste un'importanza particolare nello studio dei fondamenti dell'universo, poiché il suo nucleo presenta un'asimmetria in termini di massa e carica. Piuttosto che assomigliare a una sfera, come la maggior parte dei nuclei atomici, il nucleo del radio ha una forma simile a una pera. Questa forma irregolare potrebbe fornire indizi cruciali per comprendere l'asimmetria fondamentale nell'universo. Se l'universo fosse simmetrico a livello fondamentale, non sarebbe esistito, poiché materia e antimateria si sarebbero annichilite a vicenda. L'esistenza stessa dell'universo suggerisce una sottostante asimmetria.
Gli esperimenti che utilizzano la mappatura precisa dei campi magnetici del nucleo di radio potrebbero portare a una modellizzazione accurata della disposizione dei neutroni e dei protoni al suo interno. Questo, a sua volta, potrebbe contribuire a svelare le cause dell'assenza di simmetria nella fisica del nostro mondo. La ricerca si concentra sull'isotopo radio-225, noto per la sua marcata asimmetria nucleare, che lo rende un candidato ideale per studiare le interazioni fondamentali che violano la parità, una proprietà quantistica legata alla simmetria speculare.
Le implicazioni di questa ricerca sono vaste. Comprendere l'asimmetria materia-antimateria è uno dei problemi più importanti della fisica moderna. I risultati ottenuti dal team del MIT potrebbero aprire nuove strade per la ricerca di nuova fisica oltre il Modello Standard, la teoria che descrive le particelle fondamentali e le loro interazioni. Inoltre, la tecnica sviluppata potrebbe essere applicata allo studio di altri nuclei atomici, fornendo una comprensione più completa della struttura nucleare e delle forze che governano la materia.
