Varje område har sina underliggande principer. För ekonomin är det den rationella aktören; biologin har evolutionsteorin; modern geologi vilar på berggrunden för platttektonik.

Fysiken har bevarandelagar och symmetrier. Till exempel, lagen om bevarande av energi - som säger att energi varken kan skapas eller förstöras - har styrt forskning inom fysik sedan antiken, blir mer formaliserad med tiden. Likaså, paritetssymmetri tyder på att byte av en händelse för dess spegelbild inte bör påverka resultatet.

Som fysiker har arbetat med att förstå de verkligt bisarra reglerna för kvantmekanik, det verkar som om vissa av dessa symmetrier inte alltid håller. Professor Andrew Jayich fokuserar på att undersöka dessa symmetriöverträdelser i ett försök att belysa ny fysik. Han och hans labbmedlemmar har just publicerat ett papper i Fysiska granskningsbrev rapportera framsteg när det gäller att syntetisera och upptäcka joner som är bland de mest känsliga åtgärderna för tids (T) symmetriöverträdelser.

Tidsymmetri innebär att fysikens lagar ser likadana ut när tiden går framåt eller bakåt. "Till exempel, en poolbolls bana på ett bord går helt enkelt sin kurs om tidspilen vänds, "Sa Jayich. Men det gäller inte alla fysiska interaktioner.

Att förstå när och varför T -symmetri går sönder kan ge svar på några av de största öppna frågorna inom fysik, till exempel varför universum är fullt av materia och saknar antimateria. "Fysikens lagar som vi känner dem behandlar materia och antimateria på lika villkor, "Sa Jayich, "men händelser i universums tidiga ögonblick gynnade materia framför antimateria." Det här är svåra problem att knäcka, med nära ett sekel arbete bakom sig.

För att ta itu med dessa frågor, Jayich och hans team har kontrollerbart syntetiserat, fångade och kylda radioaktiva molekyler, RaOCH ³⁺ och RaOH ⁺ , som ger stora förbättringar av känsligheten för T -symmetriöverträdelse. Första författaren Mingyu Fan, en doktorand i Jayichs lab, upptäckte en teknik för att upptäcka mörka joner i deras elektromagnetiska fälla. Dessa partiklar sprider inte ljus, vilket innebär att forskarna inte kan upptäcka dem med en kamera.

Medan några av de experimentella parametrarna justeras, Fan märkte de instängda jonerna, som normalt sitter väldigt stilla, pendlade snabbt vid en stor men fast amplitud. Han kom på att detta beteende ger en stark signal för att upptäcka dessa svårfångade joner. "Denna kontrollerade förstärkning av rörelsen gör att vi kan mäta jonens rörelsefrekvens, och därmed dess massa exakt och snabbt, "Sa fan.

Jayich och Fan rapporterade sin framgång med laserkylning av radiumjoner i en tidigare studie, som var den första som uppnådde denna prestation för det tunga elementet. Laboratoriets senaste genombrott för dem närmare deras slutliga mål att använda radioaktiva molekyler för att testa tidssymmetriöverträdelser.

Forskarna använde radium-226, som har 138 neutroner och ingen kärnsnurr, i deras senaste arbete. De planerar att använda den lite lättare isotopen, radium-225, som har den nödvändiga kärnvridningen, i deras planerade experiment med symmetriöverträdelser. Andra medlemmar i labbet arbetar med ansträngningar för att laserkyla och fånga radium-225 joner och utföra optisk spektroskopi på de radioaktiva molekylerna som innehåller den.

"Dessa resultat är ett tydligt genombrott för våra planerade" stora "experiment, "sa Jayich." Vi har gjort dessa otroligt känsliga detektorer, där en enda molekyl har känslighet för att sätta nya gränser för T-kränkning. Detta öppnar upp ett nytt paradigm för att mäta T-kränkning. "