Dankzij onderzoekers van de Universiteit van Queensland, we kennen nu met veel grotere zekerheid de kernmagnetische momenten van franciumatomen.

Dr. Ben Roberts, een postdoctoraal onderzoeker in UQ's School of Mathematics and Physics, zei dat het nucleair magnetisch moment een fundamentele eigenschap is van atomen, en de waarde ervan precies kennen is belangrijk bij het testen van fundamentele natuurkundige theorieën.

"Maar omdat francium radioactief is, de standaardtechnieken voor het bepalen van kernmagnetische momenten zijn niet eenvoudig toe te passen, ' zei Dr. Roberts.

"Door nieuwe methoden te gebruiken, we waren in staat om momenten te berekenen met onzekerheden die vier keer kleiner waren dan de vorige beste waarden.

"Neem francium-211, bijvoorbeeld:het nucleaire magnetische moment was eerder bepaald in het bereik van 3,92 tot 4,08 (in de natuurlijke eenheid voor het uitdrukken van deze momenten).

"Onze berekeningen laten nu zien dat het tussen de 3,90 en 3,94 is."

Dit lijkt misschien niet zo'n groot verschil, maar dr. Jacinda Ginges, een ARC Future Fellow bij UQ en Associate Investigator bij het ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems (EQUS), zei dat als je het over atoomfysica hebt, kleine verschillen kunnen een groot effect hebben, dus het verkleinen van het bereik van mogelijke waarden is een groot probleem.

"Ons huidige begrip van de fundamentele deeltjes waaruit het heelal bestaat en hun interacties is gebaseerd op het standaardmodel van de deeltjesfysica, maar we weten ook dat dit model incompleet is, er zijn dingen die het niet kan verklaren, ' zei dokter Ginges.

"We hebben nauwkeurige waarden nodig voor nucleaire magnetische momenten om de validiteit van onze atomaire modellen te kunnen testen, die op hun beurt weer heel belangrijk zijn voor het testen van het standaardmodel van de deeltjesfysica.

"Door precisie-experimenten in atomen te combineren met zeer nauwkeurige atoomtheorie, we krijgen een krachtige manier om naar nieuwe fysica te zoeken."

De verbetering in precisie was het resultaat van zeer nauwkeurige berekeningen van de hyperfijne structuur van francium - de kleine verschillen in atoomenergieniveaus veroorzaakt door zijn kernmagnetisch moment - en nauwkeurigere modellen van nucleaire effecten.

"Eerdere bepalingen gingen ervan uit dat de kern van een franciumatoom was als een bal met uniforme magnetisatie, maar in onze berekening gingen we uit van een realistischer model waardoor de magnetisatie binnen de kern kon variëren, ' zei Dr. Roberts.

"Het effect van niet-uniforme magnetisatie (bekend als het Bohr-Weisskopf-effect) is vooral groot in francium, dus door hier nauwkeurig rekening mee te houden, konden we de nucleaire magnetische momenten veel nauwkeuriger bepalen."

"Onze resultaten kunnen nu worden gebruikt om de atoomtheorie te benchmarken, die zal helpen bij het interpreteren van experimenten die momenteel aan de gang zijn in de nationale kern- en deeltjesfysica-faciliteit van Canada, TRIUMF, ' zei dokter Ginges.

"Ze laten ook zien hoe belangrijk het is om nucleaire effecten nauwkeurig te modelleren, en zal gevolgen hebben voor eerdere en toekomstige precisie-experimenten met zware atomen."

De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .