Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară au măsurat cu succes schimbări infinitezimal de mici în masa a atomilor individuali în urma salturilor cuantice ale electronilor din interior prin utilizarea echilibrului atomic ultraprecis Pentatrap de la Institutul din Heidelberg.
În mecanica clasică, "masa„ este o proprietate fizică importantă a oricărui obiect care nu se modifică – greutatea se modifică în funcție de „accelerația datorată gravitației”, dar masa ramane constant. Această noțiune de constanță a masei este o premisă de bază în mecanica newtoniană, totuși nu așa în lumea cuantică.
Teoria relativității a lui Einstein a dat noțiunea de echivalență masă-energie care, practic, implica că masa unui obiect nu trebuie să rămână constantă întotdeauna; poate fi convertit în (o cantitate echivalentă de) energie și invers. Această inter-relație sau interschimbabilitate a masei și energie unul în celălalt este unul al gândirii centrale în știință și este dat de celebra ecuație E=mc2 ca o derivată a teoriei relativității speciale a lui Einstein, unde E este energia, m este masa și c este viteza luminii în vid.
Această ecuație E=mc2 este în joc universal peste tot, dar este observat în mod semnificativ, de exemplu, în atomic reactoare în care pierderea parțială de masă în timpul reacțiilor de fisiune nucleară și de fuziune nucleară dă naștere unei cantități mari de energie.
În lumea sub-atomică, când un electron sare „în” sau „din” unul orbital la altul, o cantitate de energie echivalentă cu „decalajul de nivel de energie” dintre cele două niveluri cuantice este absorbită sau eliberată. Prin urmare, în conformitate cu formula echivalenței masă-energie, masa lui an atom ar trebui să crească atunci când absoarbe energie și invers, ar trebui să scadă când eliberează energie. Dar modificarea masei unui atom în urma tranzițiilor cuantice ale electronilor în interiorul atomului ar fi extrem de mică de măsurat; ceva ce nu a fost posibil până acum. Dar nu mai!
Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară au măsurat cu succes această modificare infinitezimal de mică a masei atomilor individuali pentru prima dată, posibil cel mai înalt punct din fizica de precizie.
Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii de la Institutul Max Planck au folosit echilibrul atomic ultraprecis Pentatrap de la Institutul din Heidelberg. PENTATRAP reprezintă „spectrometrul de masă cu capcană Penning de înaltă precizie”, o balanță care poate măsura modificări infinitezimal de mici ale masei unui atom în urma salturilor cuantice ale electronilor din interior.
PENTATRAP detectează astfel stări electronice metastabile în atomi.
Raportul descrie observarea unei stări electronice metastabile prin măsurarea diferenței de masă dintre stările solului și cele excitate din reniu.
***
Referinte:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Sala de redacție – Pentatrap măsoară diferențele de masă între stările cuantice. Postat pe 07, 07 mai 2020. Disponibil online la https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Accesat pe 07 mai 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. și colab. Detectarea stărilor electronice metastabile prin spectrometrie de masă cu capcană Penning. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok la engleză Q52, 2007. Modelul atomului Bohr. [imagine online] Disponibil la https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Accesat 08 Poate 2020.
***
