基于SF?气相离子反应高效合成放射性RaF分子及其在标准模型外物理学中的应用

《Nature Communications》：A pathway towards decentralized studies of radioactive post-lead elements and their applications in beyond standard model physics

　　

摘要

分子已被证明是研究标准模型之外物理学的敏感工具，其中重核和变形核为奇宇称和时间反演破坏效应提供了决定性的灵敏度。然而，除铅之外的几乎所有元素占据6p至5f原子轨道，却缺乏稳定同位素；因此，含有这些元素的分子被称为放射性分子。其中，氯化镭单氟化物受到了特别关注，但迄今为止，放射性分子的研究主要局限于大型核设施。在此，我们提出了一种方案，能够高效快速地收集放射性离子（包括短寿命的Ra），并展示了在离子阱内使用SF?气体对单电荷和双电荷Ra、Po、Pb离子进行气相离子反应研究。我们的概念验证研究表明，Ra?的化学反应速率符合其他碱土金属元素的趋势，量子化学计算结果进一步支持了这一结论。反应Ra2? + SF? → RaF? + SF??的转化效率接近完全，使其尤其适用于标准模型之外物理学的研究。该方案使得未来无需本地核反应堆或加速器，即可在实验室开展利用短寿命放射性分子进行基础物理研究的各种分散化研究方向。