麻省理工学院（MIT）物理学家近期研发出一种颠覆性的方法，无需大型粒子加速器也能探寻原子的内在结构，为科学家揭示原子内部奥秘开辟了新路径。研究团队通过将放射性镭（radium）原子与氟原子结合，形成镭单氟分子，让电子在原子结构中充当“信使”，短暂进入原子核并带回关于其内部结构的微妙“信息”。
该成果已发表于《科学》期刊。MIT研究人员对化学键合后的镭单氟分子内部电子能量进行了高精度测量。在这种微型粒子“对撞机”环境下，电子被局限于原子周围，偶尔能滑入原子核并返回轨道，使得科学家们能以极高便利性分析原子核内部。
研究团队发现，部分电子能量出现极微小但显著的偏移，说明它们确实短暂进入了镭原子的核内，并与内部的质子和中子发生了作用。这一现象为科学家绘制原子核“磁分布”提供了新手段。每个质子和中子都像小磁铁，它们的排列方式会影响磁分布。MIT团队计划利用此技术首次详细绘制镭原子核内部的磁性排列，有望解释宇宙为何以物质为主而几乎没有反物质等基础谜题。
研究团队还指出，放射性镭原子的核形状并非常见的球状，而是近似梨形，独特的不对称结构被认为能显著放大基本对称性破缺效应。探测这种对称性破坏，是理解物质为何主导宇宙、反物质接近消失的重要一步。该方法属于前所未有的“对称性放大器”，可在桌面实验条件下高灵敏探测原子核结构的基本规律。
在实验过程中，研究者用真空系统和激光对冷却后的镭单氟分子进行精密测量，发现电子能量比预期更低一百万分之一，这直接证明电子进入并与原子核内部发生互动。此技术不仅提升了对原子核测量精度，也为未来制备与操控分子方向性的精细实验奠定了基础。
MIT团队表示，随着分子冷却和对梨形核取向的精细控制，他们有望在原子核内绘出更高精度的“力分布图”，进一步探索自然界的基本对称性是否存在未被揭示的破坏。
该项目由美国能源部等机构支持，合作团队还包括瑞士Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment等机构的研究人员。
编译自/ScitechDaily
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