Jyväskylän yliopisto mukana läpimurrossa: atomiytimen magneettisuus mitattu uudella tavalla

Jyväskylän yliopisto on ollut osa Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen (CERN) ISOLDE-laitoksella työskentelevää kansainvälistä tutkimusryhmää, joka on saavuttanut merkittävän läpimurron ydin- ja molekyylifysiikassa. 

Radiumfluoridi paljasti elektronien salatun vuorovaikutuksen

Havainnon mahdollisti lyhytikäinen radioaktiivinen molekyyli radium-monofluoridi (225-RaF). Radiumin ydin on muodoltaan päärynämäinen, mikä tekee siitä äärimmäisen herkästi reagoivan ydinvoimien ja hiukkasfysiikan ilmiöille. Täsmällisten laserspektroskopiamittausten avulla tutkijat kykenivät havaitsemaan esimerkiksi Bohr–Weisskopf-ilmiön, jossa molekyylin energiatiloihin syntyy pieniä muutoksia ytimen sisäisen magneettisen rakenteen vuoksi. 

- Tätä ilmiötä ei ole  aiemmin onnistuttu havaitsemaan molekyyleissä ja nyt on osoitettu, että molekyylit voivat toimia erittäin hyödyllisinä työkaluina atomiydinten rakenteen tutkimisessa, selventää tutkija Sonja Kujanpää, joka työskenteli tutkimusta tehdessä Jyväskylän yliopistossa.

Koe toteutettiin ISOLDElla tuottamalla radiumfluoridimolekyylejä ydinreaktioissa, ja syntyneiden radioaktiivisten molekyylien ydinrakenne mitattiin lasereiden avulla.  Mittaukset yhdistettiin edistyneisiin kvanttikemiallisiin laskelmiin, mikä pienensi teorian ja kokeen välisen eron alle yhteen prosenttiin ja on myös osoitus laskennallisen molekyylifysiikan nopeasta kehityksestä. Näin tutkijat pystyivät selvittämään RaF-molekyylien energiatilat erittäin tarkasti. 

Läpimurto voi muuttaa fysiikan perustutkimusta

225RaF:n kaltaiset raskaat radioaktiiviset molekyylit voivat auttaa selvittämään, miksi maailmankaikkeus koostuu pääasiassa materiasta eikä antimateriasta, löytämään uusia CP-symmetrian rikkomisen mekanismeja, joita nykyiset hiukkasfysiikan mallit eivät selitä, tarkentamaan ydinvoimien teorioita sekä tarjoamaan tietoa neutronitähtien kaltaisen aineen ominaisuuksista.

Uudet menetelmät ja molekyylit vievät tarkkuusmittaukset uudelle tasolle

Tulokset toimivat pohjana tuleville kokeille, joilla  voidaan saavuttaa erittäin korkea tarkkuustaso.

- Olemme vasta alkaneet ymmärtää, mitä kaikkea nämä uudet tutkimukset voivat paljastaa. Tällä hetkellä useat kansainväliset tutkimusryhmät kehittävät sekä kokeellisia että teoreettisia menetelmiä hyödyntääkseen radiumfluoridin kaltaisia molekyylejä ja viedäkseen tämän työn avaamaa tutkimuslinjaa kohti entistä tarkempia mittauksia, sanoo Kujanpää. 

Tutkimusartikkeli julkaistiin Sciences -julkaisusarjassa 23.10.2025. 

Artikkelin tiedot: 

• Observation of the distribution of nuclear magnetization in a molecule, Science, 23.10.2025

• Linkki artikkeliin: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm7717 

• DOI numero: 10.1126/science.adm7717