Cada campo tem seus princípios básicos. Para a economia, é o ator racional; a biologia tem a teoria da evolução; a geologia moderna se apóia na base das placas tectônicas.

A física tem leis de conservação e simetrias. Por exemplo, a lei da conservação de energia - que afirma que a energia não pode ser criada nem destruída - tem guiado a pesquisa em física desde a antiguidade, tornando-se mais formalizado com o passar do tempo. Da mesma forma, a simetria de paridade sugere que a troca de um evento por sua imagem espelhada não deve afetar o resultado.

Como os físicos trabalharam para entender as regras verdadeiramente bizarras da mecânica quântica, parece que algumas dessas simetrias nem sempre se mantêm. O professor Andrew Jayich concentra-se na investigação dessas violações de simetria em um esforço para lançar luz sobre a nova física. Ele e os membros de seu laboratório acabaram de publicar um artigo em Cartas de revisão física relatar o progresso na síntese e detecção de íons que estão entre as medidas mais sensíveis para violações de simetria de tempo (T).

A simetria do tempo implica que as leis da física parecem as mesmas quando o tempo avança ou retrocede. "Por exemplo, o caminho de uma bola de bilhar sobre uma mesa simplesmente refaz seu curso se a flecha do tempo for invertida, "Jayich disse. Mas isso não vale para todas as interações físicas.

Entender quando e por que a simetria T se quebra poderia fornecer respostas a algumas das maiores questões em aberto da física, por exemplo, porque o Universo está cheio de matéria e carece de antimatéria. "As leis da física como as conhecemos tratam a matéria e a antimatéria em pé de igualdade, "Jayich disse, "ainda assim, os eventos nos primeiros momentos do Universo favoreceram a matéria em relação à antimatéria." Esses são problemas difíceis de resolver, com quase um século de trabalho por trás deles.

Para resolver essas questões, Jayich e sua equipe sintetizaram controladamente, moléculas radioativas aprisionadas e resfriadas, RaOCH ³⁺ e RaOH ⁺ , que fornecem grandes melhorias na sensibilidade à violação da simetria T. Primeiro autor, Mingyu Fan, um estudante de doutorado no laboratório de Jayich, descobriu uma técnica para detectar íons escuros em sua armadilha eletromagnética. Essas partículas não espalham luz, o que significa que os pesquisadores não podem detectá-los com uma câmera.

Ao ajustar alguns dos parâmetros experimentais, Fan percebeu os íons presos, que normalmente fica muito quieto, estavam oscilando rapidamente em uma amplitude grande, porém fixa. Ele descobriu que esse comportamento fornece um forte sinal para detectar esses íons indescritíveis. "Essa amplificação controlada do movimento nos permite medir a frequência de movimento do íon, e, portanto, sua massa precisa e rapidamente, "Fan disse.

Jayich e Fan relataram seu sucesso no resfriamento de íons de rádio a laser em um estudo anterior, qual foi o primeiro a conseguir essa façanha para o elemento pesado. A descoberta recente do laboratório os aproxima de seu objetivo final de usar moléculas radioativas para testar violações de simetria de tempo.

Os pesquisadores usaram rádio-226, que tem 138 nêutrons e nenhum spin nuclear, em seu trabalho recente. Eles planejam usar o isótopo ligeiramente mais leve, rádio-225, que tem o spin nuclear necessário, em seus experimentos planejados de violação de simetria. Outros membros do laboratório estão trabalhando em esforços para resfriar a laser e capturar íons de rádio 225 e realizar espectroscopia óptica nas moléculas radioativas que o contêm.

"Esses resultados são um avanço claro para nossos 'grandes' experimentos planejados, "disse Jayich." Fizemos esses detectores incrivelmente sensíveis, onde uma única molécula tem a sensibilidade para definir novos limites na violação T. Isso abre um novo paradigma para medir a violação T. "