The researchers at Max Planck Institute for Nuclear Physics have successfully measured infinitesimally small change in the massi 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 ‘massi’ is an important physical property of any object which does not change – the weight changes depending upon ‘acceleration due to gravity’ but the massi 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 orka into each other is one of central thinking in science and is given by the famous equation E=mc2 sem afleiða af sérstakri afstæðiskenningu Einsteins þar sem E er orka, m er massi og c er ljóshraði í lofttæmi.
Þessi jafna E=mc2 er í leik alls staðar alls staðar en sést verulega, til dæmis í kjarnorku kjarnaofnar þar sem massatap að hluta við kjarnaklofnun og kjarnasamrunahvörf gefur tilefni til mikillar orku.
In the sub-atomic world, when an electron jumps ‘to’ or ‘from’ one svigrúm 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 atóm ætti að hækka þegar það gleypir orku og öfugt ætti að minnka þegar það losar orku. En breytingin á massa atóms eftir skammtabreytingar rafeinda innan atómsins, væri afar lítil að mæla; eitthvað sem hefur ekki verið hægt hingað til. En ekki lengur!
Vísindamenn við Max Planck Institute for Nuclear Physics hafa tekist að mæla þessa óendanlega litlu breytingu á massa einstakra atóma í fyrsta skipti, hugsanlega hæsta punktinn í nákvæmniseðlisfræði.
Til að ná þessu notuðu vísindamenn við Max Planck Institute ofurnákvæmt Pentatrap atómjafnvægi við stofnunina í Heidelberg. PENTATRAP stendur fyrir 'High-precision Penning trap mass spectrometer', jafnvægi sem getur mælt óendanlega litlar breytingar á massa atóms eftir skammtastökk rafeinda innan.
PENTATRAP greinir þannig metstöðug rafeindaástand innan frumeinda.
Skýrslan lýsir athugun á metstöðugu rafeindaástandi með því að mæla massamuninn á milli jarðvegs og örvunarástands í Rhenium.
***
Tilvísanir:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Fréttastofa – Pentatrap mælir mismun á massa milli skammtaástanda. Birt 07. maí 07, 2020. Aðgengilegt á netinu á https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Skoðað þann 07. maí 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. o.fl. Greining á metstable rafeindaástandi með Penning trap massagreiningu. Náttúra 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok á ensku Q52, 2007. Bohr atóm líkan. [mynd á netinu] Fæst á https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Aðgangur 08 maí 2020.
***
