A Max Planck Institute for Nuklear Physics kutatói sikeresen mérték a végtelenül csekély változást tömeg A heidelbergi intézet ultraprecíz Pentatrap atomi egyensúlyának segítségével az egyes atomok kvantumugrását követően az elektronok belsejében.
A klasszikus mechanikában a 'tömegMinden olyan tárgy fontos fizikai tulajdonsága, amely nem változik – a tömeg a „gravitációs gyorsulástól” függően változik, de tömeg állandó marad. A tömegállandóságnak ez a fogalma a newtoni mechanika alaptétele, a kvantumvilágban azonban nem.
Einstein relativitáselmélete megadta a tömeg-energia egyenértékűség fogalmát, ami alapvetően azt sugallta, hogy egy objektum tömegének nem kell állandónak maradnia; átalakítható (ekvivalens mennyiségű) energiává és fordítva. Ez a kölcsönös kapcsolat vagy felcserélhetőség a tömeg és energia Az egymásba való beilleszkedés a tudomány egyik központi gondolkodásmódja, és a híres E=mc egyenlet adja meg2 Einstein speciális relativitáselméletének származékaként, ahol E az energia, m a tömeg és c a fény sebessége vákuumban.
Ez az egyenlet E=mc2 univerzálisan mindenhol játékban van, de például jelentős mértékben megfigyelhető atom reaktorok, ahol a maghasadás és a magfúziós reakciók során bekövetkező részleges tömegvesztés hatalmas mennyiségű energiát eredményez.
A szubatomi világban, amikor egy elektron „hoz” vagy „egyről” ugrik orbitális a másikhoz a két kvantumszint közötti „energiaszint-résnek” megfelelő mennyiségű energia nyelődik el vagy szabadul fel. Ezért a tömeg-energia ekvivalencia képletével összhangban an tömege atom növekednie kell, amikor energiát vesz fel, és fordítva, csökkennie kell, amikor energiát bocsát ki. De az atom tömegének változása az atomon belüli elektronok kvantumátmenetei következtében rendkívül kicsi lenne a méréshez; ami eddig nem volt lehetséges. De már nem!
A Max Planck Institute for Nuklear Physics kutatói először mérték sikeresen az egyes atomok tömegének ezt a végtelenül csekély változását, ami valószínűleg a precíziós fizika legmagasabb pontja.
Ennek eléréséhez a Max Planck Intézet kutatói a heidelbergi intézet ultraprecíz Pentatrap atomi egyensúlyát használták. PENTATRAP A „nagy pontosságú Penning-csapda tömegspektrométer” rövidítése, egy olyan mérleg, amely képes mérni egy atom tömegének végtelenül kis változásait a benne lévő elektronok kvantumugrását követően.
A PENTATRAP így érzékeli az atomokon belüli metastabil elektronállapotokat.
A jelentés metastabil elektronikus állapot megfigyelését írja le a rénium alap- és gerjesztett állapota közötti tömegkülönbség mérésével.
***
Referenciák:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom – A Pentatrap a kvantumállapotok közötti tömegkülönbségeket méri. Feladás dátuma: 07. május 07. 2020. Elérhető online a következő címen: https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Hozzáférés dátuma: 07. május 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Metastabil elektronállapotok detektálása Penning-csapda tömegspektrometriával. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok angol nyelven Q52, 2007. Bohr atommodell. [image online] Elérhető itt https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Hozzáférés az 08 május 2020-hez.
***
