在核物理研究的前沿領(lǐng)域，麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家們完成了一項(xiàng)令人驚嘆的突破——他們利用單個(gè)鐳原子與氟原子結(jié)合，打造出全球最小的粒子對(duì)撞機(jī)。這一創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)研究范式，更可能為解開(kāi)宇宙物質(zhì)與反物質(zhì)失衡的謎題提供關(guān)鍵線(xiàn)索。

實(shí)驗(yàn)的核心在于一種名為一氟化鐳的特殊分子。這種分子的獨(dú)特之處在于其鐳原子核的形狀——不同于大多數(shù)原子核的球形結(jié)構(gòu)，鐳核呈現(xiàn)出罕見(jiàn)的梨形（也有學(xué)者形容其類(lèi)似牛油果），這種被稱(chēng)為“八極形變”的特征在整個(gè)核素圖譜中極為少見(jiàn)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)能夠像信號(hào)放大器一樣，將微弱的對(duì)稱(chēng)性破缺效應(yīng)增強(qiáng)數(shù)千倍，而這類(lèi)效應(yīng)正是理解物質(zhì)為何主導(dǎo)宇宙的關(guān)鍵。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將鐳原子嵌入一氟化鐳分子中，創(chuàng)造了一個(gè)極端物理環(huán)境：分子內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)室人工制造的最強(qiáng)電場(chǎng)。在這種條件下，鐳原子的電子被強(qiáng)烈壓縮，甚至能夠短暫穿透原子核，與質(zhì)子和中子直接相互作用。這一過(guò)程相當(dāng)于在原子尺度上實(shí)現(xiàn)了粒子對(duì)撞，其精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)巨型加速器的能力范圍。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，科研人員運(yùn)用激光冷卻技術(shù)將分子溫度降至接近絕對(duì)零度，隨后通過(guò)高精度激光光譜學(xué)監(jiān)測(cè)電子能量變化。最終，他們捕捉到了電子穿透原子核的直接證據(jù)——觀測(cè)到的能量值與理論預(yù)測(cè)存在微小但顯著的偏差，這正是電子在核內(nèi)“冒險(xiǎn)”留下的痕跡。更令人振奮的是，團(tuán)隊(duì)首次在分子體系中觀測(cè)到了玻爾-韋斯柯夫效應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)揭示了放射性原子核內(nèi)部的磁性分布規(guī)律。

這一突破的意義遠(yuǎn)超核物理范疇。根據(jù)宇宙大爆炸理論，早期宇宙應(yīng)產(chǎn)生等量的物質(zhì)與反物質(zhì)，但現(xiàn)實(shí)宇宙卻幾乎由物質(zhì)構(gòu)成，反物質(zhì)幾乎“消失”。科學(xué)家推測(cè)，這種失衡可能與CP對(duì)稱(chēng)性破缺有關(guān)——即物理定律對(duì)物質(zhì)和反物質(zhì)存在微妙差異。盡管此前已在介子和底重子衰變中發(fā)現(xiàn)CP破缺跡象，但其強(qiáng)度不足以解釋宇宙中的物質(zhì)優(yōu)勢(shì)。而鐳核的梨形結(jié)構(gòu)恰好能夠放大尚未被發(fā)現(xiàn)的新型CP破缺效應(yīng)，使其成為可探測(cè)的信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)同樣不容忽視。研究使用的鐳同位素半衰期極短，例如鐳-225僅14.9天，鐳-223更短至11.4天，樣本往往在完成多次測(cè)量前就已衰變。一氟化鐳的制備過(guò)程極為復(fù)雜，研究人員每秒僅能捕獲約五十個(gè)符合條件的分子，對(duì)測(cè)量技術(shù)的靈敏度提出了極高要求。

盡管如此，團(tuán)隊(duì)仍在推進(jìn)技術(shù)升級(jí)。他們正在開(kāi)發(fā)更高效的分子制備方法和更靈敏的檢測(cè)技術(shù)，并計(jì)劃引入更強(qiáng)大的激光系統(tǒng)以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí)，研究范圍也在擴(kuò)展——釷、錒等元素可能同樣擁有梨形核結(jié)構(gòu)，其中釷-229已成為核光鐘研究的焦點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)更高精度的物理測(cè)量。

這項(xiàng)基于分子的“桌面級(jí)”實(shí)驗(yàn)打破了傳統(tǒng)大型加速器的成本與規(guī)模限制，為更多研究團(tuán)隊(duì)參與前沿核物理研究提供了可能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)宇宙起源的探索或?qū)⒂瓉?lái)新的篇章。