鐳核大小可影響同位素能級

　　一個國際研究小組首次測量了鐳核的大小如何改變含有不同鐳同位素的分子結構。這項研究使用了歐洲核子組織（CERN）放射性離子束設施——上線同位素質量分離器（ISOLDE）的激光和離子阱的組合。研究團隊研究了一氟化鐳（RaF）分子的量子結構。

 改變鐳核中的中子數（灰色球）會改變一氟化鐳（RaF）分子的能級。通過使用不同的激光（藍色和紅色波浪線）可以測量出微小的變化。圖片來源：第一作者、麻省理工學院Silviu-Marian Udrescu

　　量子結構決定了能級以及這些能級在不同條件下如何變化。來自美國、德國、英國、瑞士等國的聯合研究團隊預測，一氟化鐳RaF分子對于研究自然界中某些基本對稱的破壞是有用的。當一個鐳原子核被另一種同位素取代時，研究小組測量了電子能級的變化。這證明了這些分子對近距離電子和原子核的相互作用的極端敏感性。

　　精確測量能級和修改分子原子核中中子數量的能力為研究開辟了新的方向。宇宙大爆炸應該創造出等量的物質和反物質。基本對稱的違背可以解釋為什么宇宙中的物質比反物質多。含有重元素同位素（如鐳）的放射性分子是研究這些基本對稱破壞的理想材料。

　　科學家相信，該實驗進展可以用于研究在超新星和其他恒星爆炸中產生的其他放射性分子。但有限的觀測工具阻礙了他們在太空中的識別。因此，放射性分子的實驗室研究將有助于指導未來的天體物理觀測。

　　放射性分子有望在基礎物理和化學前沿領域帶來令人興奮的新機遇。然而，它們在自然界中非常罕見，有些在自然界中根本就不存在。這意味著它們必須在專門設施中人工制造。此外，它們的壽命可能只有幾天或幾分之一秒，所以研究它們需要極其靈敏的實驗技術。

　　美國能源部的一個設施——稀有同位素束設施（FRIB）將于2022年開始運行，它將為獲取含有最重元素同位素的分子提供獨特的途徑。該設施當前技術的未來發展將為基礎物理學的發現提供一個新的平臺。這將促進對自然基本對稱的理解，以及對化學和重元素的核結構的理解。