Os cientistas há muito tentam demonstrar experimentalmente uma certa propriedade de simetria da interação fraca - violação de paridade - nas moléculas. Até aqui, isso não foi possível. Um novo esforço interdisciplinar liderado por um grupo de pesquisa no PRISMA + Cluster of Excellence da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e do Helmholtz Institute Mainz (HIM) agora mostrou um caminho realista para demonstrar esse fenômeno. A abordagem inclui aspectos nucleares, partícula elementar, física atômica e molecular, bem como ressonância magnética nuclear (NMR). "Não-conservação de paridade molecular em acoplamentos de spin nuclear" é publicado na edição atual da revista Physical Review Research.

As simetrias são onipresentes, no espaço, bem como no mundo das moléculas, átomos e partículas elementares. As quatro forças fundamentais (eletromagnetismo, gravidade, e as forças nucleares fortes e fracas) também obedecem a certas, talvez aparentemente abstrato, simetrias. Do Big Bang até os dias atuais, simetrias existentes foram quebradas repetidamente. Simetria e quebra de simetria são necessariamente refletidas nos processos físicos e estados que podemos observar.

Uma dessas simetrias é a simetria do espelho (simetria em relação ao reflexo no espaço) - se estiver quebrada, os pesquisadores falam em violação da paridade. De acordo com o conhecimento atual, a interação fraca é a única entre as quatro forças fundamentais que não parece simétrica em espelho:Somente em processos que estão sujeitos a essa interação ocorrem violações de paridade. "Uma vez que a interação fraca quase não desempenha nenhum papel em nossa experiência cotidiana - a gravidade e o eletromagnetismo dominam aqui - o fenômeno de violação de paridade contradiz nossa ideia normal e, portanto, é difícil de entender, "diz o Dr. John Blanchard, autor principal do estudo. "A violação de paridade na interação fraca foi, portanto, apenas teoricamente prevista na década de 1950 e foi descoberta logo depois em certos decaimentos de partículas nucleares e elementares. Processos de violação de paridade nunca foram detectados em moléculas, embora cálculos teóricos prevejam que eles deveriam estar lá. A evidência definitiva de tais efeitos sutis é, por assim dizer, um santo graal da física de medição de precisão. "

Muitas tentativas foram feitas para observar experimentalmente os efeitos da violação da paridade nas moléculas. Um exemplo é a interação dos spins de diferentes núcleos atômicos em uma molécula. Por sua vez, estes podem, em princípio, ser detectados e analisados ​​usando métodos de ressonância magnética nuclear (NMR). Embora a equipe de cientistas já tenha desenvolvido uma abordagem promissora para moléculas quirais em um trabalho anterior (doi.org/10.1103/PhysRevA.96.042119), sua publicação atual concentra-se em moléculas simples que consistem em apenas dois átomos. Em primeiro lugar, eles identificam uma variável de medição NMR especial (um acoplamento spin-spin específico) com base na qual a violação de paridade é mostrada e realizam análises teóricas complexas para calcular o efeito esperado dentro da molécula. Esses cálculos foram realizados em estreita colaboração com o co-autor do estudo, Prof. Mikhail G. Kozlov do Instituto de Física Nuclear de São Petersburgo, Rússia, com quem o grupo Mainz tem trabalhado com muito sucesso durante muitos anos.

Com base nisso, os cientistas propõem um experimento especial que deve ser sensível o suficiente para detectar os sinais calculados:"O chamado método de RMN ZULF (campo zero a ultrabaixo) é uma técnica exótica que já estávamos usando para a matéria escura com sucesso, "explica o Prof. Dr. Dmitry Budker, também autor do estudo. “Oferece um sistema em que os spins nucleares interagem mais uns com os outros do que com um campo magnético externo. permite a medição direta de acoplamentos spin-spin anti-simétricos, que são eliminados em experimentos convencionais de NMR de alto campo. "

"Nossos resultados mostram uma maneira elegante de investigar quantitativamente a interação fraca em moléculas e núcleos atômicos, "conclui o Dr. Blanchard." Os resultados do nosso estudo de viabilidade são muito promissores - esperamos ter em breve uma verificação experimental da não conservação da paridade molecular. "