Tack till forskare från University of Queensland, vi vet nu med mycket större säkerhet de kärnmagnetiska momenten för franciumatomer.

Dr Ben Roberts, en postdoktor vid UQ:s matematik- och fysikskola, sade att det kärnmagnetiska momentet är en grundläggande egenskap hos atomer, och att veta dess värde exakt är viktigt när man testar grundläggande fysiksteorier.

"Men eftersom francium är radioaktivt, standardteknikerna för att bestämma kärnmagnetiska ögonblick kan inte lätt tillämpas, "Dr Roberts sa.

"Med nya metoder, vi kunde beräkna moment med osäkerheter fyra gånger mindre än de tidigare bästa värdena.

"Ta francium-211, till exempel:dess kärnmagnetiska ögonblick var tidigare bestämt att ligga i intervallet 3,92 till 4,08 (i den naturliga enheten för att uttrycka dessa ögonblick).

"Våra beräkningar visar nu att det är mellan 3,90 och 3,94."

Det kanske inte känns som en stor skillnad, men doktor Jacinda Ginges, en ARC Future Fellow på UQ och Associate Investigator vid ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems (EQUS), sa att när du pratar om atomfysik, små skillnader kan ha en enorm effekt, så att begränsa utbudet av möjliga värden är en stor sak.

"Vår nuvarande förståelse av de grundläggande partiklarna som utgör universum och deras interaktioner bygger på standardmodellen för partikelfysik, men vi vet också att denna modell är ofullständig, det finns några saker som det inte kan förklara, "Dr Ginges sa.

"Vi behöver exakta värden för kärnmagnetiska ögonblick för att kunna testa giltigheten av våra atommodeller, som i sin tur är verkligen viktiga för att testa standardmodellen för partikelfysik.

"Genom att kombinera precisionsexperiment i atomer med hög precision atomteori, vi får ett kraftfullt sätt att söka efter ny fysik. "

Förbättringen i precision var resultatet av mycket exakta beräkningar av franciumets hyperfin struktur - de små skillnaderna i atomenerginivåer som orsakas av dess kärnmagnetiska moment - och mer exakta modeller av kärnkraftseffekter.

"Tidigare bestämningar antog att kärnan i en franciumatom var som en boll med enhetlig magnetisering, men i vår beräkning antog vi en mer realistisk modell som gjorde att magnetiseringen kunde variera inom kärnan, "Dr Roberts sa.

"Effekten av ojämn magnetisering (känd som Bohr – Weisskopf-effekten) är särskilt stor i francium, så genom att exakt ta hänsyn till detta kunde vi bestämma dess kärnmagnetiska ögonblick mycket mer exakt. "

"Våra resultat kan nu användas för att jämföra atomteori, som hjälper till att tolka experiment som pågår vid Canadas nationella kärn- och partikelfysikanläggning, TRIUMF, "Dr Ginges sa.

"De visar också hur viktigt det är att exakt modellera kärnkraftseffekter, och kommer att få konsekvenser för tidigare och framtida precisionsexperiment med tunga atomer. "

Resultaten publiceras i Fysiska granskningsbrev .