The researchers at Max Planck Institute for Nuclear Physics have successfully measured infinitesimally small change in the μάζα of individual atoms following quantum jumps of electrons within by using the ultra-precise Pentatrap atomic balance at the Institute in Heidelberg.
In classical mechanics, the ‘μάζα’ is an important physical property of any object which does not change – the weight changes depending upon ‘acceleration due to gravity’ but the μάζα remains constant. This notion of constancy of mass is a basic premise in the Newtonian mechanics, however, not so in the quantum world.
The Einstein’s theory of relativity gave the notion of mass-energy equivalence which basically implied that the mass of an object need not remain constant always; it can be converted to (an equivalent amount of) energy and vice versa. This inter-relationship or interchangeability of mass and ενέργεια into each other is one of central thinking in science and is given by the famous equation E=mc2 ως παράγωγο της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν όπου Ε είναι ενέργεια, m είναι μάζα και c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό.
Αυτή η εξίσωση E=mc2 παίζεται καθολικά παντού, αλλά παρατηρείται σημαντικά, για παράδειγμα, σε ατομικός αντιδραστήρες όπου η μερική απώλεια μάζας κατά τη διάρκεια αντιδράσεων πυρηνικής σχάσης και πυρηνικής σύντηξης οδηγεί σε τεράστια ποσότητα ενέργειας.
In the sub-atomic world, when an electron jumps ‘to’ or ‘from’ one τροχιάς to another, an amount of energy equivalent to ‘energy level gap’ between the two quantum levels is absorbed or released. Therefore, in line with the formula of mass-energy equivalence, the mass of an άτομο θα πρέπει να αυξάνεται όταν απορροφά ενέργεια και αντιστρόφως θα πρέπει να μειώνεται όταν απελευθερώνει ενέργεια. Αλλά η αλλαγή στη μάζα ενός ατόμου μετά από κβαντικές μεταπτώσεις ηλεκτρονίων εντός του ατόμου, θα ήταν εξαιρετικά μικρή για μέτρηση. κάτι που δεν έχει καταστεί δυνατό μέχρι στιγμής. Αλλά όχι πια!
Οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής Max Planck μέτρησαν με επιτυχία αυτή την απειροελάχιστα μικρή αλλαγή στη μάζα μεμονωμένων ατόμων για πρώτη φορά, πιθανώς το υψηλότερο σημείο στη φυσική ακριβείας.
Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Max Planck χρησιμοποίησαν την εξαιρετικά ακριβή ατομική ισορροπία Pentatrap στο Ινστιτούτο της Χαϊδελβέργης. ΠΕΝΤΑΤΡΑΠ σημαίνει «φασματόμετρο μάζας παγίδας Penning υψηλής ακρίβειας», μια ισορροπία που μπορεί να μετρήσει απειροελάχιστα μικρές αλλαγές στη μάζα ενός ατόμου μετά από κβαντικά άλματα ηλεκτρονίων μέσα.
Το PENTATRAP ανιχνεύει έτσι μετασταθερές ηλεκτρονικές καταστάσεις μέσα στα άτομα.
Η αναφορά περιγράφει την παρατήρηση μιας μετασταθερής ηλεκτρονικής κατάστασης μετρώντας τη διαφορά μάζας μεταξύ του εδάφους και των διεγερμένων καταστάσεων στο Ρήνιο.
***
αναφορές:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom – Η Pentatrap μετρά τις διαφορές μάζας μεταξύ κβαντικών καταστάσεων. Δημοσιεύτηκε στις 07 Μαΐου 07. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο στη διεύθυνση https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Πρόσβαση στις 07 Μαΐου 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, Η., Braß, Μ. et αϊ. Ανίχνευση μετασταθερών ηλεκτρονικών καταστάσεων με φασματομετρία μάζας παγίδας Penning. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok at English Q52, 2007. Bohr atom model. [εικόνα online] Διαθέσιμο στο https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Πρόσβαση στο 08 Μάιος 2020.
***
