Новые методы оптической спектроскопии позволят заглянуть за пределы Стандартной модели

До сих пор никому не удавалось применить этот метод в отношении соединений, содержащих нестабильные ядра. Благодаря полученным результатам короткоживущие радиоактивные молекулы можно будет использовать для поиска явлений новой физики, выходящих за пределы Стандартной модели. Результаты этой работы опубликованы в журнале Nature.

В качестве объекта исследования специалисты выбрали молекулу монофторида радия. Она интересна тем, что содержит радий, некоторые изотопы которого имеют ядра в форме груши. Эта экзотическая форма способствует усилению взаимодействий, нарушающих фундаментальные законы симметрии. Поэтому такие молекулы могут помочь выявить новые физические явления, которые не укладываются в Стандартную модель. В частности, это относится к процессам, нарушающим симметрию по отношению к обращению времени. Суть этой симметрии заключается в том, что если поменять знак временной переменной в фундаментальных уравнениях физики, то наш мир не должен измениться.

Передовая исследовательская инфраструктура ЦЕРН позволила ученым осуществить эксперимент с радиоактивными молекулами, "продолжительность жизни" которых составляет всего несколько дней. На установке ISOLDE CRIS ионы монофторида радия сначала разгонялись, а затем превращались в нейтральные молекулы. Далее их с помощью лазеров переводили в возбужденное состояние, снова ионизировали и детектировали. 

"Монофторид радия – это только первая ласточка. Теперь лазерную спектроскопию можно будет проводить на других радиоактивных молекулах, включая даже такие, у которых "продолжительность жизни" составляет несколько десятков миллисекунд. Эти и другие соединения будут востребованы для изучения процессов с нарушенной симметрией и для ряда прикладных исследований", - отметил старший научный сотрудник лаборатории квантовой химии Отделения перспективных разработок НИЦ КИ – ПИЯФ и соавтор статьи в журнале Nature Тимур Исаев. По его словам, новый метод может стать отличным инструментом для обнаружения новой физики и дополнить работы, которые проводятся с этой целью на Большом адронном коллайдере.

Помимо потенциала короткоживущих изотопов для исследований фундаментальной симметрии, их изучение может представлять интерес для астрофизиков. Соединения таких изотопов в изобилии присутствуют в космосе, например, в остатках сверхновых или в газе, образующемся при слиянии нейтронных звезд.

Справочно: Стандартная модель в настоящее время является наиболее успешной теорией физики элементарных частиц, однако существуют экспериментальные данные, которые не удается объяснить в рамках этой теории. Для их объяснения существует так называемая новая физика или физика, выходящая за пределы Стандартной модели.