The researchers at Max Planck Institute for Nuclear Physics have successfully measured infinitesimally small change in the маса 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 ‘маса’ is an important physical property of any object which does not change – the weight changes depending upon ‘acceleration due to gravity’ but the маса remains constant. This notion of constancy of mass is a basic premise in the Newtonian mechanics, however, not so in the quantum world.
Теорията на относителността на Айнщайн даде понятието за еквивалентност на масата и енергията, което основно предполагаше, че масата на обект не трябва да остава постоянна винаги; може да се преобразува в (еквивалентно количество) енергия и обратно. Тази взаимовръзка или взаимозаменяемост на масата и енергията една с друга е едно 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.
In the sub-atomic world, when an electron jumps ‘to’ or ‘from’ one орбитален 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 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.
***
