Kärnor är de små, täta kärnorna av atomer som innehåller protoner och neutroner. Protoner och neutroner har en egenskap som kallas spinn, som kan ses som rotationen av partiklarna runt sina egna axlar. I de flesta kärnor tar protonernas och neutronernas spinn ut varandra, vilket resulterar i ett totalt kärnspinn på noll.
I vissa kärnor upphävs emellertid inte protonernas och neutronernas spinn helt, vilket resulterar i ett kärnspinn som inte är noll. Detta fenomen är känt som kärnmagnetisk resonans (NMR), och det är grunden för en mängd viktiga teknologier, såsom magnetisk resonanstomografi (MRI) och kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR-spektroskopi).
I decennier har forskare varit förbryllade över en anomali i NMR-spektra för vissa kärnor. Denna anomali, känd som "släckning av det magnetiska dipolmomentet", uppstår när kärnspinnet reduceras av närvaron av ett externt magnetfält.
Det Argonne-ledda teamet av forskare har nu löst denna anomali genom att visa att den orsakas av interaktionen mellan kärnspinnet och elektronerna i atomen. Denna växelverkan, som är känd som den hyperfina växelverkan, kan göra att kärnspinnet riktas in med eller mot det externa magnetfältet, vilket resulterar i en minskning av det nukleära magnetiska momentet.
Detta fynd kan få konsekvenser för fundamental fysik, eftersom det ger nya insikter om interaktionerna mellan kärnor och elektroner. Det kan också ha praktiska tillämpningar, såsom utveckling av nya material för kvantdatorer och annan teknik.
"Detta är ett betydande genombrott som har varit decennier på väg", säger Argonne-fysikern och studiemedförfattaren Samrat Sharma. "Vi är glada över att äntligen förstå ursprunget till denna anomali och utforska dess potentiella implikationer för vetenskap och teknik."
Studien finansierades av U.S. Department of Energy's Office of Science och National Science Foundation.
