北京
冷镭分子有助科学家揭示为何物质留存了下来，而反物质却几乎消失殆尽。
加州理工学院的研究人员首次制造出含有放射性元素镭的冷分子，为探究宇宙为何几乎全由物质构成、而非物质与反物质各占一半开辟了新途径。
这一突破使科学家能够在桌面实验中用激光制备、冷却并精确研究基于镭的分子。这些分子可充当高度灵敏的量子探针，能够探测到极其微弱的信号，而这些信号或许暗示着现有物理之外的新粒子或新力。
科学家认为，大爆炸之后不久，物质与反物质是等量产生的。由于粒子与其反物质对应物一旦相遇就会彼此湮灭，物理学家长期难以解释为何普通物质留存了下来，而反物质却几乎完全消失。
由物理学家尼克·赫茨勒领导的研究团队选择了镭，原因在于其原子核具有一个不寻常的特征。与大多数近乎球形的原子核不同，镭的原子核呈梨形，这种形状能够放大研究人员试图探测的微小对称性破缺效应。
梨形原子核至关重要
“梨形核是非对称的，能极大地放大我们想要寻找的、用以解释物质与反物质不对称性的潜在信号。”赫茨勒说。
“大多数原子核要么像橙子一样呈球形，要么像美式橄榄球那样沿一个方向拉长。镭则拥有我们想要的罕见梨形。”
然而，处理镭面临着巨大挑战。这种元素具有放射性，化学性质高度活泼，并且只能获得极微小的量。为了安全地操作它，研究人员开发了一种受糖果制作启发的方法。他们将镭与水和一种名为木糖醇的糖代用品混合，然后蒸发掉液体，制成一种浓稠、稳定的材料，便于运输和后续加工。
镭混合物被放置在氦冷却腔室内的金箔上，腔内温度降至约华氏零下450度（约零下268摄氏度）。接着，激光将镭原子激发到化学反应活跃的状态，使其形成分子。另一套激光系统则以极高的精度测量了这些分子的量子特性。
精密工具应运而生
据赫茨勒介绍，开发这一流程花费了多年测试。“怎样将一丁点镭变成可以在实验室中用于桌面量子实验的冷分子？”赫茨勒说，“我们历经多年的反复尝试，才终于制定出一套处理镭、制造分子、探测它们并测量其特性的方案。”
这种方法的应用范围可能超出镭。研究人员表示，同样的技术可加以改造，用于制备其他重放射性分子，以开展精密量子实验。
该团队还在开发“工程化分子钟”，这种方法旨在降低通常干扰精密量子测量的噪声。该技术已在含镱分子上进行测试，并有望在未来研究中应用于镭。
“我们的目标是用这些极其复杂的分子打造出最好的量子工具。”赫茨勒说，“我们正对分子进行工程设计，以实现精确的量子控制。”
这项研究发表在《科学》杂志上。
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