短寿命放射性分子的光谱学：探索新物理的灵敏实验室

分子系统的研究为探索自然基本定律和搜寻超出粒子物理标准模型的新物理提供了独特机遇。由天然存在原子核组成的分子的测量迄今给出了对电子电偶极矩最严格的上限，并为以空前灵敏度研究基本对称性破缺提供了一条途径。放射性分子——其一个或多个原子具有放射性原子核——可包含重且形变的原子核，为 EDM 测量以及其他对称性破缺效应提供优越灵敏度。氟化镭 RaF 尤为令人关注，因其被预测具有适于直接激光冷却的电子结构。此外，某些 Ra 同位素已知为八极形变，从而大幅增强其对称性破缺核矩。然而，迄今为止尚无 RaF 的实验测量，且其研究受限于重大实验挑战，因为镭无稳定同位素。在此，我们提出一种利用高灵敏度共线共振电离方法研究短寿命放射性分子的新实验途径。借助该技术，我们首次在 ISOLDE-CERN 测量了各同位素纯 RaF 分子的低能电子态。我们的结果有力证明了这些分子存在合适的激光冷却方案，并构成了朝向这些系统中高精度研究的关键一步。我们的发现为短寿命放射性分子的合成、操控与研究开辟了新机遇，这将对多体物理、天体物理、核结构及基本物理研究产生直接影响。