加州理工學院突破：冷鐳分子製造成功，量子物理探索邁向新境界

突破放射性物質處理困境

加州理工學院（Caltech）研究團隊日前宣布一項重大科學進展：首次成功製造出含有放射性元素鐳的冷分子。這項成就不僅克服了多年來的技術瓶頸，更為探索宇宙最深層謎團——物質與反物質不對稱性——開啟全新研究之門。

宇宙中一直存在一個根本性的謎團。根據大爆炸理論，宇宙初期應產生等量的物質與反物質。然而，當這兩者相遇時會完全湮滅，按此邏輯，整個宇宙應該什麼都沒有留下。但現實中，我們的宇宙充滿物質，反物質卻幾乎消失無蹤。這種巨大的不對稱性一直是物理學的終極謎團之一。

梨形原子核的獨特優勢

由物理學家 Nick Hutzler 領導的研究團隊選擇鐳作為研究對象，關鍵在於其不尋常的原子核結構。與大多數呈球形或像美式足球般延伸的原子核不同，鐳原子核具有罕見的梨形特徵。這種不對稱性能顯著放大物理學家試圖偵測的微小對稱破缺效應——也就是隱藏在現有物理框架之外、足以解釋物質與反物質不對稱的新粒子或新作用力。

Hutzler 強調：「梨形原子核的不對稱性，能夠將我們尋求的潛在訊號放大數倍。這種結構堪稱罕見，正是我們需要的。」

借鑑糖果工藝的創意解決方案

然而，使用鐳進行研究面臨極大挑戰——它具有高度放射性、極易發生化學反應，且全球取得量極微。為了安全有效地處理這種危險元素，研究人員開發了一種出人意料的方法：借鑑糖果製作工藝。

他們將鐳與水及木糖醇（一種常見代糖）混合，然後蒸發液體成濃稠穩定物質。這種創新做法不僅確保了運輸與操作的安全性，也為後續實驗奠定了基礎。

精密量子測量系統

在實驗過程中，鐳混合物被放置在充滿氦氣的冷卻腔室內，溫度被降至攝氏零下 268 度（華氏零下 450 度）——接近絕對零度。隨後，一套雷射系統將鐳原子激發至化學活性狀態，促使其形成分子。另一套獨立的雷射系統則以超高精度測量這些分子的量子特性。

Hutzler 表示，整個研究流程的開發耗時多年：「從一小片鐳製備出可供桌上型量子實驗使用的冷分子，我們花了多年時間反覆測試，才最終建立出完整的流程——包括處理鐳、製造分子、偵測分子，以及測量其特性。」

更廣泛的應用前景

研究團隊指出，這套方法的應用潛力遠超鐳本身。同樣的技術可改良用於其他重質放射性分子，進行更多精密量子實驗。此外，研究人員也在開發「工程化分子時鐘」技術，旨在降低通常會干擾精密量子測量的雜訊，已在含鿈分子上完成測試，未來將應用於鐳的研究。

Hutzler 總結道：「我們的目標是利用這些極為複雜的分子，打造出最佳量子工具。我們正在對分子進行工程化設計，以實現精確的量子控制。」

相關研究成果已於國際頂級學術期刊《科學》（Science）發表，標誌著量子物理與基礎物理研究邁入新紀元。