Атом иттербия установил рекорд по нарушению P-симметрии

Схема атома иттербия. Иллюстрация авторов исследования

Физики обнаружили в атоме иттербия самое большое из известных на настоящий момент нарушение P-симметрии слабого взаимодействия. Статья исследователей появится в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Национальной лаборатории Лоренса в Беркли. Препринт статьи доступен на сайте arXiv.org.

В настоящее время физикам известно четыре основных взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Слабое взаимодействие ответственно за некоторые виды радиоактивного распада, например так называемый бета-распад, в результате которого, например, нейтрон превращается в протон и антинейтрино. До середины прошлого века считалось, что данное взаимодействие обладает помимо прочих так называемой P-симметрией. Это означает, что при замене всех "право" в системе на "лево" (то есть, если брать вместо системы ее зеркальный аналог) ее описание не меняется.

В рамках опыта ученые разогревали образец иттербия ¹⁷⁴Yb до температуры около 500 градусов, что приводило к его частичному испарению. Поток атомов этого металла проходил через камеру, где электрические и магнитные компоненты электромагнитного поля были ориентированы перпендикулярно. В камере атомы облучались лазерными импульсами, которые переводили некоторые электроны атомов иттербия в возбужденное состояние. После этого частицы возвращались в основное состояние, испуская фотоны.

Слабое взаимодействие компонентов атома оказывало влияние на получаемый сигнал. Анализ полученного сигнала позволял исследователям вычислить степень нарушения P-симметрии. В результате физики установили, что показатель нарушения как минимум в 100 раз выше, чем был у предыдущего рекордсмена - цезия ⁶⁰Cs.

В дальнейшем физики планируют проводить аналогичные исследования для других изотопов иттербия, а также других тяжелых элементов. Они надеются, что полученные результаты позволят, например, определить расположение нейтронов в атоме. В частности, верно ли, что в атоме нейтронная "корка" покрывает ядро из протонов, поскольку данного предположения придерживается большинство современных моделей.