Изследователите от Института за ядрена физика Макс Планк успешно измериха безкрайно малка промяна в маса на отделни атоми след квантови скокове на електрони вътре с помощта на ултрапрецизния атомен баланс Pentatrap в Института в Хайделберг.
В класическата механика "масае важно физическо свойство на всеки обект, което не се променя – теглото се променя в зависимост от „ускорението, дължащо се на гравитацията“, но маса остава постоянна. Това понятие за постоянство на масата е основна предпоставка в Нютоновата механика, но не е така в квантовия свят.
Теорията на относителността на Айнщайн даде понятието за еквивалентност маса-енергия, което основно предполага, че масата на даден обект не трябва да остава постоянна винаги; може да се преобразува в (еквивалентно количество) енергия и обратно. Тази взаимовръзка или взаимозаменяемост на масата и енергия един в друг е един от централните мисли в науката и се дава от известното уравнение E=mc2 като производна на специалната теория на относителността на Айнщайн, където E е енергия, m е маса и c е скоростта на светлината във вакуум.
Това уравнение E=mc2 е в игра универсално навсякъде, но се наблюдава значително, например в атомен реактори, при които частичната загуба на маса по време на реакциите на ядрено делене и ядрен синтез води до огромно количество енергия.
В субатомния свят, когато един електрон скача „към“ или „от“ такъв орбитален към друг, количество енергия, еквивалентно на „разликата в енергийното ниво“ между двете квантови нива се абсорбира или освобождава. Следователно, в съответствие с формулата за еквивалентност маса-енергия, масата на an атом трябва да се увеличава, когато поглъща енергия и обратно, трябва да намалява, когато освобождава енергия. Но промяната в масата на атома след квантови преходи на електрони в атома би била изключително малка за измерване; нещо, което не е било възможно досега. Но вече не!
Изследователите от Института за ядрена физика Макс Планк успешно измериха тази безкрайно малка промяна в масата на отделните атоми за първи път, вероятно най-високата точка в прецизната физика.
За да постигнат това, изследователите от Института Макс Планк са използвали ултра-прецизния атомен баланс Pentatrap в института в Хайделберг. ПЕНТАТРАП означава „високо прецизен мас спектрометър с улов на Пенинг“, баланс, който може да измерва безкрайно малки промени в масата на атома след квантови скокове на електрони вътре.
PENTATRAP по този начин открива метастабилни електронни състояния в атомите.
Докладът описва наблюдение на метастабилно електронно състояние чрез измерване на разликата в масата между основното и възбудените състояния в рений.
***
Литература:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom – Pentatrap измерва разликите в масата между квантовите състояния. Публикувано на 07 май 07, 2020 г. Предлага се онлайн на адрес https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Посетен на 07 май 2020 г.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Откриване на метастабилни електронни състояния чрез масспектрометрия с улов на Пенинг. Природа 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok на английски Q52, 2007 г. Модел на атом на Бор. [изображение онлайн] Предлага се на адрес https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Достъп до 08 май 2020.
***
