שיטות חלופיות לחקר מולקולות כבדות יקלו על החיפוש אחר תופעות מעבר למודל הסטנדרטי

חיפוש אחר תופעות פיזיות מעבר למודל הסטנדרטי דורש לעתים קרובות גישה לכלים רבי עוצמה כגון Large Hadron Collider, גלאים תת קרקעיים לנייטרינו, חומר אפל וחלקיקים אקזוטיים. מכשירים כאלה יקרים מאוד לבנייה ולתחזוקה, הם לוקחים שנים רבות לייצור, והם נדירים, מה שגורם לתורים ארוכים בקרב מדענים. הודות למדענים מהולנד, זה יכול להשתנות כעת. פיתחת טכניקה להגביל ולבחון מולקולות כבדות בתנאי מעבדה.

מקור תמונה: Pixabay / פורסם: עולם הפיזיקה

מולקולות כבדות הם אובייקט מצוין לחקר מומנט הדיפול החשמלי של האלקטרון. עם זאת, עם השיטות בהן השתמשו בעבר, לא ניתן היה ללכוד אותן במעבדה קטנה.

הטכניקות הסטנדרטיות לקביעת החשמל מומנט דיפול של האלקטרון (eEDM) השתמש בספקטרוסקופיה ברמת דיוק גבוהה. אולם לשם כך יש להאט תחילה את המולקולות וללכוד אותן בלייזר או במלכודת חשמלית. הבעיה היא שלגלות תופעות מעבר ל מודל סטנדרטי מעבר לכך, ייתכן שתצטרך ללכוד מולקולות כבדות מדי ללכידת לייזר. מלכודות חשמליות, לעומת זאת, מאפשרות לכידת יונים כבדים, אך לא לכידה של מולקולות אינרטיות חשמלית.

חוקרים מאוניברסיטת חרונינגן, האוניברסיטה החופשית אמסטרדם ומכון ניקף החלו את עבודתם ביצירת מולקולות סטרונציום פלואוריד (SrF), שנעשו על ידי תגובה כימית מקורו בגז קריוגני בטמפרטורה של כ-20 קלווין. הודות לטמפרטורה הנמוכה, למולקולות אלו מהירות התחלתית של 190 מ"ש, בעוד בטמפרטורת החדר היא בסביבות 500 מ"ש. לאחר מכן, המולקולות מוזנות לתוך מעכב סטארק באורך 4,5 מטר, שם הן עוברות שדות חשמליים מתחלפים תחילה יבלום ואז נעצר. מולקולות ה-SrF נשארות לכודות למשך 50 מילישניות. במהלך זמן זה ניתן לנתח אותם עם מערכת מיוחדת המושרה בלייזר. מדידות כאלה מאפשרות לחקור את תכונות האלקטרונים, כולל מומנט הדיפול החשמלי, כך שניתן לחפש סימני אסימטריה.

המודל הסטנדרטי חוזה את קיומו של eEDM, אך יש לו ערך קטן ביותר. לכן, נכס זה טרם נצפה. התצפית והחקירה של ה-eEDM יכולים להצביע על קיומה של פיזיקה מעבר לדגם הסטנדרטי רמזים.
למולקולות ה-SrF שנחקרו על ידי ההולנדים יש מסה שהיא בערך פי שלושה מזו של מולקולות אחרות שנחקרו בשיטות דומות עד כה. המטרה הבאה שלנו היא ללכוד מולקולות כבדות עוד יותר, כגון B. בריום פלואוריד (BaF), בעל המסה של פי 1,5 מ-SrF. מולקולה כזו תהיה יעד טוב עוד יותר למדידות eEDM, אומר סטיבן הוסטר, פיזיקאי מאוניברסיטת חרונינגן. מכיוון שככל שהמולקולה כבדה יותר, המדידות יכולות להיות מדויקות יותר.

עם זאת, היכולת ללכוד מולקולות כבדות אינה שימושית רק לחקר מומנט הדיפול החשמלי של אלקטרון. זה יכול לשמש גם כדי להתנגש מולקולות כבדות באנרגיות נמוכות כדי לדמות תנאים בחלל. זה, בתורו, משמש בחקירת אינטראקציות ברמה הקוונטית להיות שימושי. Hoekstra אומר שהוא ועמיתיו יעבדו גם על הגברת הרגישות של המדידות על ידי הגברת עוצמת הזרימה המולקולרית. ננסה גם ללכוד מולקולות מורכבות יותר כמו BaOH או BaOCH3. אנחנו גם נשתמש בטכנולוגיה שלנו כדי לחקור אסימטריות במולקולות כיראליות, הוא הכריז.