매사추세츠 공과대학(MIT)의 물리학자들은 최근 대형 입자 가속기 없이 원자의 내부 구조를 탐색할 수 있는 파괴적인 방법을 개발하여 과학자들이 원자의 내부 신비를 밝힐 수 있는 새로운 길을 열었습니다. 연구팀은 방사성 라듐(라듐) 원자와 불소 원자를 결합하여 라듐 모노불소 분자를 형성함으로써 전자가 원자 구조에서 '메신저' 역할을 할 수 있도록 하고 핵에 잠시 들어가 내부 구조에 대한 미묘한 '정보'를 가져옵니다.
연구 결과는 사이언스 저널에 게재됐다. MIT 연구원들은 화학적으로 결합된 라듐 모노플루오린 분자의 내부 전자 에너지에 대한 고정밀 측정을 수행했습니다. 이러한 미세 입자 "충돌기" 환경에서는 전자가 원자 주위에 갇혀 있고 때때로 핵으로 미끄러져 들어갔다가 궤도로 돌아올 수 있어 과학자들이 매우 편리하게 핵 내부를 분석할 수 있습니다.
연구팀은 일부 전자의 에너지에 매우 작지만 상당한 변화가 있다는 사실을 발견했는데, 이는 전자가 잠시 라듐 원자의 핵에 들어가 내부의 양성자 및 중성자와 상호작용했음을 나타냅니다. 이 현상은 과학자들에게 원자핵의 "자기 분포"를 매핑하는 새로운 수단을 제공합니다. 각 양성자와 중성자는 작은 자석처럼 작용하며, 이들이 배열되는 방식은 자기 분포에 영향을 미칩니다. MIT 연구팀은 이 기술을 이용해 최초로 라듐 핵 내부의 자기 배열을 자세히 지도화할 계획이다. 이를 통해 우주가 물질로 지배되고 반물질이 거의 없는 이유 등 기본적인 미스터리를 설명할 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 방사성 라듐 원자의 핵 형태도 일반적인 구형 형태가 아니라 대략 배 모양을 하고 있다고 지적했다. 독특한 비대칭 구조는 기본적인 대칭 파괴 효과를 크게 증폭시킬 수 있을 것으로 여겨진다. 이러한 대칭 위반을 탐지하는 것은 물질이 우주를 지배하고 반물질이 사라지기 직전인 이유를 이해하는 데 중요한 단계입니다. 이 방법은 데스크탑 실험 조건에서 고감도로 원자핵 구조의 기본 법칙을 탐지할 수 있는 전례 없는 "대칭 증폭기"입니다.
실험 동안 연구진은 진공 시스템과 레이저를 사용해 냉각된 일불소 라듐 분자를 정밀하게 측정한 결과 전자 에너지가 예상보다 100만분의 1 낮은 것을 발견해 전자가 핵 내부로 들어가 상호작용한다는 사실을 직접적으로 입증했다. 이 기술은 원자핵 측정의 정확도를 향상시킬 뿐만 아니라 분자의 방향성을 준비하고 조작하는 미래 정밀 실험의 기반을 마련합니다.
MIT 연구팀은 분자들이 배 모양의 핵의 방향을 냉각하고 미세하게 제어함으로써 핵 내에서 보다 정확한 '힘 분포 지도'를 그리고 자연의 근본적인 대칭성에 대한 아직 밝혀지지 않은 위반이 있는지 추가로 탐구할 것으로 기대한다고 말했다.
이 프로젝트는 미국 에너지부 및 기타 기관의 지원을 받고 있으며, 공동 팀에는 스위스의 공선 공명 이온화 분광학 실험과 같은 기관의 연구원도 포함되어 있습니다.
/ScitechDaily에서 편집됨