Des physiciens nucléaires effectuent les premières mesures précises du monofluorure de radium

Pour la première fois, des physiciens nucléaires ont mesuré avec précision une molécule radioactive à courte durée de vie, le monofluorure de radium (RaF). Dans leur étude publié dans la revue Physique naturelleles chercheurs ont combiné des techniques de piégeage d’ions avec des systèmes laser spécialisés pour mesurer les moindres détails de la structure quantique de RaF.

Cette approche a permis de caractériser les niveaux d’énergie de rotation de cette molécule ainsi que de déterminer son schéma de refroidissement laser. Le refroidissement laser est une méthode qui utilise la lumière laser pour ralentir et piéger les atomes et les molécules. Ces résultats représentent une étape cruciale pour les futures expériences visant à refroidir et piéger les molécules RaF par laser.

Les scientifiques ont prédit que les molécules contenant des noyaux lourds en forme de poire, comme le radium, sont très sensibles aux propriétés électrofaibles nucléaires et à la physique au-delà du modèle standard. Cela inclut les phénomènes qui violent la parité et symétrie d’inversion du temps. L’inversion-violation du temps, au-delà des contraintes actuelles, est une condition essentielle pour expliquer l’asymétrie matière-antimatière de l’univers. Les nouveaux résultats donnent aux chercheurs une caractérisation détaillée de la structure quantique de RaF, ouvrant ainsi la voie à l’utilisation de cette molécule dans de futures expériences visant à rechercher de tels effets.

Les molécules radioactives contenant des noyaux octupôles déformés, comme le radium (Ra), promettent d’être des systèmes quantiques exceptionnels à utiliser dans l’étude des particules et des forces fondamentales de la nature. La forme unique en forme de poire du noyau du radium, combinée à la structure des niveaux d’énergie d’une molécule polaire, peut conduire à une sensibilité accrue aux propriétés nucléaires violant la symétrie de plus de cinq ordres de grandeur par rapport aux atomes stables.

Les chercheurs-physiciens nucléaires du Massachusetts Institute of Technology et ses collaborateurs ont étudié spectroscopiquement la structure détaillée de RaF, en effectuant des travaux dans le cadre de l’expérience de spectroscopie d’ionisation par résonance colinéaire (CRIS) à l’installation de faisceaux d’ions radioactifs de dispositif de séparation d’isotopes en ligne de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (ISOLDE— CERN).

La méthode des chercheurs a permis de cartographier, avec une sensibilité élevée, les niveaux d’énergie de RaF, déterminant ainsi un schéma de refroidissement laser pour ralentir et piéger cette molécule. Les scientifiques développent rapidement des méthodes de contrôle et d’interrogation des molécules ultra-froides. Ces méthodes, combinées aux nouvelles capacités des installations à faisceaux radioactifs pour produire de grandes quantités de matières radioactives moléculescomme le CERN (Suisse) et le FRIB (États-Unis), ouvrent une nouvelle frontière dans l’exploration des noyaux atomiques et la violation des symétries fondamentales de la nature.