Uma representação artística da estrutura do íon monometoxido de rádio, ou RaOCH 3 + , usado no novo estudo. O assimétrico, ou em forma de pêra, o núcleo do rádio é destacado na parte superior. Crédito:Instituto de Tecnologia da Califórnia
Estrelas, galáxias, e tudo no universo, incluindo nossos próprios corpos, são compostos da chamada matéria regular. Matéria regular inclui átomos e moléculas, que são feitos de partículas minúsculas, como elétrons, prótons, e nêutrons. Essas partículas dominam nosso universo, superando em número suas contrapartes menos conhecidas:partículas de antimatéria. Descoberto experimentalmente em 1932 pelo falecido Prêmio Nobel e professor de longa data do Caltech Carl Anderson, as partículas de antimatéria têm cargas opostas às suas contrapartes de matéria. A partícula de antimatéria para o elétron carregado negativamente, por exemplo, é o pósitron carregado positivamente.
Como a matéria passou a ofuscar a antimatéria? Os cientistas acreditam que algo aconteceu no início da história do nosso cosmos para inclinar o equilíbrio das partículas para a matéria, fazendo com que a antimatéria desapareça amplamente. Como isso ocorreu ainda é um mistério.
Em um novo estudo na revista Cartas de revisão física , Nick Hutzler, professor assistente de física na Caltech, e seu aluno de graduação Phelan Yu, propor uma nova ferramenta baseada em mesa para buscar respostas para o enigma da antimatéria. Como outros físicos que estudam o problema, a ideia principal dos pesquisadores é procurar assimetrias na forma como a matéria regular interage com os campos eletromagnéticos. Isso está relacionado a um tipo de simetria comumente vista em partículas chamada paridade de carga, ou CP. Quaisquer desvios da simetria esperada do CP podem explicar como a matéria acabou superando a antimatéria em nosso universo.
Hutzler e seus colegas teoricamente desenvolveram uma nova maneira de sondar essas violações de simetria usando uma molécula radioativa chamada íon monometoxido de rádio, ou RaOCH 3 + . Seus sócios na UC Santa Barbara, liderado por Andrew Jayich, em seguida, criou essas moléculas pela primeira vez e publicou os resultados em um artigo complementar em Cartas de revisão física .
Os estudos conjuntos demonstram que as moléculas radioativas têm o potencial de serem sondas ainda mais sensíveis de simetrias de partículas fundamentais do que os átomos não radioativos comumente usados hoje.
"O método mais moderno para este tipo de estudo usa átomos, "explica Hutzler." Mas as moléculas podem ser sondas ainda melhores porque têm assimetria incorporada. Eles são irregulares e tortos para começar. O núcleo de rádio é ainda mais irregular, pois tem uma distribuição de carga muito desigual, e isso também ajuda. O resultado é 100, 000 para 1, 000, 000 amplificação maior de violações de simetria, se algum estiver presente, em comparação com o que tem sido o estado da arte. "
Para procurar violações de simetria em partículas, os pesquisadores geralmente observam como as partículas se comportam em campos elétricos. Eles procuram comportamentos anormais que quebram as regras de simetria conhecidas; por exemplo, físicos previram que violações de simetria podem causar precessão de um elétron, ou balançar como um pião, em um campo elétrico. As moléculas têm campos eletromagnéticos dentro delas, devido à sua natureza assimétrica, portanto, são alvos ideais para esse tipo de trabalho.
Hutzler diz que já havia pensado em usar moléculas à base de rádio para essa finalidade antes, até mesmo se chamando de "fanboy do rádio, "mas explicou que o isótopo de que eles precisam é extremamente radioativo com meia-vida de duas semanas (metade de um pedaço de rádio decairá em outros núcleos em apenas duas semanas).
"Este isótopo de rádio é muito radioativo e muito escasso, o que torna difícil trabalhar com isso, "explica Hutzler." Mas as propriedades únicas do RaOCH 3 + molécula supera muitos desses desafios, e, quando combinado com a técnica experimental demonstrada na UC Santa Bárbara, habilitará o moderno, quantum, métodos altamente sensíveis para pesquisar essas violações de simetria. "
O novo método de mesa é complementar a outras técnicas que buscam pistas para o mistério da antimatéria, incluindo experimentos relacionados realizados no laboratório Hutzler, bem como o Momento de Dipolo Elétrico de nêutrons, ou experimento nEDM, que está sendo construído em parte no Caltech por Brad Filippone, o Professor de Física Francis L. Moseley, e sua equipe. Na verdade, Hutzler trabalhou com Filippone neste experimento como estudante de graduação na Caltech. O experimento nEDM, que acontecerá no Laboratório Nacional de Oak Ridge em cerca de cinco anos, irá procurar violações de simetria CP especificamente em nêutrons.
"Esta nova abordagem não é tão limpa e direta como o nEDM, mas usando uma molécula inteira, temos a vantagem de sermos capazes de detectar violações de simetria em uma gama de partículas, "diz Hutzler.
A abordagem da molécula radioativa pode levar mais anos para se desenvolver completamente, mas Hutzler diz que tem gostado de focar no aspecto teórico do trabalho.
"Estamos começando a nos envolver mais na teoria, em parte devido à pandemia e por ter mais tempo em casa, "ele diz." Nós provavelmente não teríamos feito este trabalho de teoria de outra forma. "
O estudo, intitulado "Probing Fundamental Symmetries of Deformed Nuclei in Symmetric Top Molecules, "foi financiado pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, a Fundação Gordon e Betty Moore, e a Fundação Alfred P. Sloan.
