Cada campo tiene sus principios subyacentes. Para la economía es el actor racional; la biología tiene la teoría de la evolución; la geología moderna descansa sobre la base de la tectónica de placas.

La física tiene leyes de conservación y simetrías. Por ejemplo, La ley de conservación de la energía, que sostiene que la energía no se puede crear ni destruir, ha guiado la investigación en física desde la antigüedad. volviéndose más formalizado a medida que pasaba el tiempo. Igualmente, La simetría de paridad sugiere que cambiar un evento por su imagen reflejada no debería afectar el resultado.

A medida que los físicos se han esforzado por comprender las reglas verdaderamente extrañas de la mecánica cuántica, parece que algunas de estas simetrías no siempre se mantienen. El profesor Andrew Jayich se centra en investigar estas violaciones de simetría en un esfuerzo por arrojar luz sobre la nueva física. Él y los miembros de su laboratorio acaban de publicar un artículo en Cartas de revisión física informar sobre el progreso en la síntesis y detección de iones que se encuentran entre las medidas más sensibles para las violaciones de la simetría de tiempo (T).

La simetría del tiempo implica que las leyes de la física se ven iguales cuando el tiempo avanza o retrocede. "Por ejemplo, el camino de una bola de billar en una mesa simplemente vuelve sobre su curso si la flecha del tiempo se invierte, "Dijo Jayich. Pero eso no es válido para todas las interacciones físicas.

Comprender cuándo y por qué se rompe la simetría T podría proporcionar respuestas a algunas de las preguntas abiertas más importantes de la física, como por qué el Universo está lleno de materia y carece de antimateria. "Las leyes de la física como las conocemos tratan la materia y la antimateria en pie de igualdad, "Jayich dijo, "Sin embargo, los acontecimientos de los primeros momentos del Universo favorecieron a la materia sobre la antimateria". Estos son problemas difíciles de resolver, con cerca de un siglo de trabajo a sus espaldas.

Para abordar estas preguntas, Jayich y su equipo han sintetizado de forma controlable, moléculas radiactivas atrapadas y enfriadas, RaOCH ³⁺ y RaOH ⁺ , que proporcionan grandes mejoras en la sensibilidad a la violación de la simetría T. Primer autor Mingyu Fan, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Jayich, descubrió una técnica para detectar iones oscuros en su trampa electromagnética. Estas partículas no dispersan la luz lo que significa que los investigadores no pueden detectarlos con una cámara.

Mientras ajusta algunos de los parámetros experimentales, Fan notó los iones atrapados, que normalmente se sientan muy quietos, oscilaban rápidamente a una amplitud grande pero fija. Descubrió que este comportamiento proporciona una señal fuerte para detectar estos iones elusivos. "Esta amplificación controlada del movimiento nos permite medir la frecuencia de movimiento del ion, y así su masa de forma precisa y rápida, "Dijo Fan.

Jayich y Fan informaron sobre su éxito en el enfriamiento de iones de radio con láser en un estudio anterior, que fue el primero en lograr esta hazaña para el elemento pesado. El reciente avance del laboratorio los acerca a su objetivo final de usar moléculas radiactivas para probar violaciones de simetría de tiempo.

Los investigadores utilizaron radio-226, que tiene 138 neutrones y ningún espín nuclear, en su trabajo reciente. Planean usar el isótopo ligeramente más ligero, radio-225, que tiene el giro nuclear necesario, en sus experimentos de violación de simetría planificados. Otros miembros del laboratorio están trabajando en esfuerzos para enfriar con láser y atrapar iones de radio-225 y realizar espectroscopía óptica en las moléculas radiactivas que lo contienen.

"Estos resultados son un claro avance para nuestros 'grandes' experimentos planeados, ", dijo Jayich." Hemos hecho estos detectores increíblemente sensibles, donde una sola molécula tiene la sensibilidad para establecer nuevos límites en la violación de T. Esto abre un nuevo paradigma para medir la violación de T ".