Alternatywne metody badania ciężkich cząsteczek ułatwią poszukiwanie zjawisk poza Modelem Standardowym

Poszukiwanie zjawisk fizycznych poza Modelem Standardowym często wymaga dostępu do potężnych narzędzi, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów, podziemne detektory neutrin, ciemnej materii i egzotycznych cząstek. Takie urządzenia są niezwykle drogie w budowie i utrzymaniu, ich produkcja zajmuje wiele lat i jest ich niewiele, co skutkuje długimi kolejkami wśród naukowców. Dzięki naukowcom z Holandii może się to teraz zmienić. Opracowałeś technikę ograniczania i badania ciężkich cząsteczek w warunkach laboratoryjnych.

Źródło obrazu: Pixabay / Opublikowane: FizykaŚwiat

Cząsteczki ciężkie są doskonałym obiektem do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Jednak przy wcześniej stosowanych metodach nie było możliwe ich uchwycenie w małym laboratorium.

Standardowe techniki określania elektrycznego Moment dipolowy elektronu (eEDM) użyj precyzyjnej spektroskopii. Aby to jednak zrobić, cząsteczki muszą najpierw zostać spowolnione i wychwycone za pomocą lasera lub pułapki elektrycznej. Problem polega na tym, że aby odkryć zjawiska poza standardowy model wychodząc dalej, może być konieczne wychwytywanie cząsteczek, które są zbyt ciężkie do wychwytywania laserem. Z drugiej strony pułapki elektryczne umożliwiają wychwytywanie ciężkich jonów, ale nie umożliwiają wychwytywania elektrycznie obojętnych cząsteczek.

Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen, Vrije Universiteit Amsterdam i Instytutu Nikhefa rozpoczęli swoją pracę od stworzenia cząsteczek fluorku strontu (SrF), wytworzonych przez Reakcja chemiczna powstał w kriogenicznym gazie o temperaturze około 20 kelwinów. Dzięki niskiej temperaturze cząsteczki te mają prędkość początkową 190 m/s, podczas gdy w temperaturze pokojowej wynosi ona około 500 m/s. Cząsteczki są następnie wprowadzane do opóźniacza Starka o długości 4,5 metra, przez który przechodzą zmienne pola elektryczne najpierw zahamować, a następnie zatrzymać. Cząsteczki SrF pozostają uwięzione przez 50 milisekund. W tym czasie mogą być analizowane za pomocą specjalnego systemu indukowanego laserem. Takie pomiary umożliwiają badanie właściwości elektronów, w tym elektrycznego momentu dipolowego, dzięki czemu można szukać oznak asymetrii.

Model Standardowy przewiduje istnienie eEDM, ale ma niezwykle małą wartość. Dlatego ta właściwość nie została jeszcze zaobserwowana. Obserwacja i badanie eEDM może wskazywać na istnienie fizyki poza standardowym modelem punkt.
Cząsteczki SrF badane przez Holendrów mają masę około trzy razy większą niż inne cząsteczki, które do tej pory badano podobnymi metodami. Naszym kolejnym celem jest wychwytywanie jeszcze cięższych cząsteczek, takich jak B. Fluorek baru (BaF), który ma masę 1,5 razy większą od SrF. Taka cząsteczka byłaby jeszcze lepszym celem dla pomiarów eEDM, mówi Steven Hoekstra, fizyk z Uniwersytetu w Groningen. Ponieważ im cięższa cząsteczka, tym dokładniejsze mogą być pomiary.

Jednak zdolność do wychwytywania ciężkich cząsteczek jest przydatna nie tylko do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Może być również używany do zderzeń ciężkich cząsteczek przy niskich energiach, aby symulować warunki w kosmosie. To z kolei jest wykorzystywane w śledztwie Interakcje na poziomie kwantowym być użytecznym. Hoekstra mówi, że on i jego koledzy będą również pracować nad zwiększeniem czułości pomiarów poprzez zwiększenie intensywności przepływu molekularnego. Postaramy się również wychwycić bardziej złożone molekuły, takie jak BaOH czy BaOCH3. Zapowiedział też, że wykorzystamy naszą technologię do badania asymetrii w chiralnych molekułach.