物理学家使用具有精确调谐频率λ的激光器，控制一氟化镭分子的旋转状态并激发特定的旋转能级，其特征为量子数J。这些激发表现为尖锐的光谱峰。图片来源：Silviu-Marian Udrescu。

核物理学家首次对短寿命放射性分子一氟化镭（RaF）进行了精确测量。在他们发表在《自然物理学》杂志上的研究中，研究人员将离子捕获技术与专门的激光系统相结合，以测量RaF量子结构的细节。

这种方法可以表征该分子的旋转能级以及确定其激光冷却方案。激光冷却是一种使用激光减慢和捕获原子和分子的方法。这些结果代表了未来旨在激光冷却和捕获RaF分子的实验的关键一步。

科学家预测，含有沉重的梨形原子核的分子，如镭，对核电弱性质和超出标准模型的物理特性高度敏感。这包括违反奇偶校验和时间反转对称性的现象。超越当前约束的时间反转违反是解释宇宙物质-反物质不对称性的必要条件。新结果为研究人员提供了RaF量子结构的详细表征，为该分子在未来旨在寻找此类效应的实验中的使用打开了大门。

含有八极变形原子核的放射性分子，如镭（Ra），有望成为用于研究基本粒子和自然力的特殊量子系统。与稳定原子相比，镭核独特的梨状形状与极性分子的能级结构相结合，可以增强对违反对称性核性质的敏感性，超过五个数量级。

研究人员 - 麻省理工学院的核物理学家和合作者 - 光谱研究了RaF的详细结构，在欧洲核子研究组织（ISOLDE-CERN）的同位素分离器在线设备放射性离子束设施的共线共振电离光谱（CRIS）实验中进行了工作。

研究人员的方法允许以高灵敏度绘制RaF的能级，确定用于减缓和捕获该分子的激光冷却方案。科学家们正在迅速开发控制和询问超冷分子的方法。这些方法与放射性束设施产生大量放射性分子的新能力相结合，如欧洲核子研究中心（瑞士）和FRIB（美国），正在为探索原子核和违反自然界的基本对称性开辟新的领域。

更多信息：S. M. Udrescu 等人，含镭分子的精密光谱学和激光冷却方案，Nature Physics （2024）。DOI： 10.1038/s41567-023-02296-w

期刊信息： Physical Review Research ， Nature Physics