Για πρώτη φορά, επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν ψυχρά μόρια που περιέχουν το ραδιενεργό στοιχείο ράδιο, ένα σημαντικό επίτευγμα που μπορεί να συμβάλει στην κατανόηση ενός από τα μεγαλύτερα άλυτα ερωτήματα της φυσικής: γιατί το σύμπαν αποτελείται κυρίως από ύλη και όχι από ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.
Η νέα μέθοδος, που αναπτύχθηκε από ερευνητές του California Institute of Technology (Caltech), επιτρέπει την ακριβή μελέτη αυτών των μορίων με λέιζερ, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για πειράματα κβαντικής ακρίβειας.
Το μυστήριο της ύλης και της αντιύλης
Σύμφωνα με τις θεωρίες για το πρώιμο σύμπαν, ύλη και αντιύλη δημιουργήθηκαν αρχικά σε ίσες ποσότητες. Για κάθε ηλεκτρόνιο, για παράδειγμα, υπάρχει το αντισωματίδιό του, το ποζιτρόνιο, με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο.
Όταν ύλη και αντιύλη συναντώνται, αλληλοεξουδετερώνονται και μετατρέπονται σε ενέργεια. Ωστόσο, το σημερινό σύμπαν αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από ύλη, γεγονός που υποδηλώνει ότι κάποια άγνωστη ασυμμετρία ευνόησε την επιβίωσή της.
Οι επιστήμονες αναζητούν εδώ και χρόνια αυτή τη διαφορά, η οποία θα μπορούσε να αποκαλύψει νέα σωματίδια ή άγνωστερες θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.
Γιατί επιλέχθηκε το ράδιο
Το ράδιο αποτελεί ιδανικό υποψήφιο για τέτοιες έρευνες επειδή ο ατομικός του πυρήνας έχει σχήμα αχλαδιού αντί για το σχεδόν σφαιρικό σχήμα που διαθέτουν οι περισσότεροι πυρήνες.
Αυτή η ασύμμετρη μορφή ενισχύει σημαντικά την ευαισθησία των πειραμάτων σε πολύ μικρές επιδράσεις που θα μπορούσαν να αποκαλύψουν νέα φυσικά φαινόμενα.
Παρά τα πλεονεκτήματά του, το ράδιο είναι ιδιαίτερα δύσκολο στη διαχείριση, καθώς είναι ραδιενεργό, εξαιρετικά δραστικό χημικά και διαθέσιμο μόνο σε ελάχιστες ποσότητες.
Μια διαδικασία που θυμίζει… παρασκευή καραμέλας
Οι ερευνητές χρειάστηκαν χρόνια δοκιμών για να αναπτύξουν μια ασφαλή μέθοδο χειρισμού του ραδίου.
Αρχικά έπρεπε να το σταθεροποιήσουν μέσα σε ένα παχύρρευστο υλικό. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποίησαν μια διαδικασία που θυμίζει την παρασκευή καραμέλας, αναμειγνύοντας το ράδιο με νερό και γλυκαντική ουσία και αφήνοντας το νερό να εξατμιστεί.
Αντί για κοινή ζάχαρη, η οποία δυσκόλευε την επαναληψιμότητα των πειραμάτων, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τελικά ξυλιτόλη, η οποία αποδείχθηκε πιο σταθερή.
Στη συνέχεια το υλικό τοποθετήθηκε πάνω σε φύλλο χρυσού μέσα σε ειδική κρυογενική διάταξη και ψύχθηκε στους -268 βαθμούς Κελσίου με χρήση ηλίου. Με τη βοήθεια λέιζερ, τα άτομα του ραδίου διεγέρθηκαν ώστε να σχηματίσουν τα επιθυμητά μόρια, τα οποία στη συνέχεια αναλύθηκαν με μεγάλη ακρίβεια.
Νέα εργαλεία για την κβαντική φυσική
Τα νέα μόρια είναι πλέον κατάλληλα για πειράματα κβαντικής ακρίβειας, όπου λειτουργούν ως εξαιρετικά ευαίσθητοι αισθητήρες για την αναζήτηση νέων σωματιδίων και δυνάμεων.
Παράλληλα, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια νέα τεχνική, γνωστή ως «engineered molecular clocks», η οποία μειώνει σημαντικά τις επιδράσεις του εξωτερικού θορύβου και της αποσυνοχής, φαινομένων που δυσκολεύουν τις κβαντικές μετρήσεις.
Η μέθοδος εφαρμόζεται ήδη σε μόρια που περιέχουν υτέρβιο και στο μέλλον θα χρησιμοποιηθεί και στα μόρια ραδίου.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι οι νέες αυτές τεχνικές μπορούν να αποτελέσουν ισχυρά εργαλεία για την αναζήτηση νέας φυσικής πέρα από το σημερινό Καθιερωμένο Πρότυπο, προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες για τη δομή του σύμπαντος και την προέλευση της κυριαρχίας της ύλης.
Πηγές:
Chandler J. Conn et al, Production and spectroscopy of cold radioactive molecules, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aea9413. www.science.org/doi/10.1126/science.aea9413
