Исследователи из Института ядерной физики Макса Планка успешно измерили бесконечно малые изменения массы отдельных атомов после квантовых скачков электронов внутри с помощью сверхточных атомных весов Pentatrap в Институте в Гейдельберге.
В классической механике «масса» является важным физическим свойством любого объекта, которое не меняется - вес изменяется в зависимости от «ускорения свободного падения», но масса остается постоянной. Это понятие постоянства массы является основной предпосылкой в механике Ньютона, но не в квантовом мире.
Теория относительности Эйнштейна дала понятие эквивалентности массы и энергии, которое в основном подразумевает, что масса объекта не всегда должна оставаться постоянной; его можно преобразовать в (эквивалентное количество) энергию и наоборот. Эта взаимосвязь или взаимозаменяемость массы и энергии друг с другом является одной из центральных задач науки и задается знаменитым уравнением E = mc.2 как производная от специальной теории относительности Эйнштейна, где E - энергия, m - масса и c - скорость света в вакууме.
Это уравнение E = mc2 присутствует повсеместно, но существенно наблюдается, например, в атомное реакторы, в которых частичная потеря массы во время ядерных реакций деления и ядерного синтеза дает огромное количество энергии.
В субатомном мире, когда электрон прыгает «на» или «с» одной орбитали на другую, количество энергии, эквивалентное «промежутку энергетических уровней» между двумя квантовыми уровнями, поглощается или высвобождается. Следовательно, в соответствии с формулой эквивалентности массы и энергии, масса атом должен увеличиваться, когда он поглощает энергию, и, наоборот, должен уменьшаться, когда он выделяет энергию. Но изменение массы атома после квантовых переходов электронов внутри атома было бы чрезвычайно малым для измерения; то, что до сих пор было невозможно. Но не больше!
Исследователи из Института ядерной физики Макса Планка впервые успешно измерили это бесконечно малое изменение массы отдельных атомов, что, возможно, является высшей точкой в прецизионной физике.
Чтобы добиться этого, исследователи из Института Макса Планка использовали сверхточные атомные весы Pentatrap в Институте в Гейдельберге. ПЕНТАТРАП расшифровывается как «высокоточный масс-спектрометр с ловушкой Пеннинга», весы, которые могут измерять бесконечно малые изменения массы атома после квантовых скачков электронов внутри.
Таким образом, PENTATRAP обнаруживает метастабильные электронные состояния в атомах.
В отчете описывается наблюдение метастабильного электронного состояния путем измерения разницы масс между основным и возбужденным состояниями в рении.
Ссылки:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom - Pentatrap измеряет различия в массе между квантовыми состояниями. Отправлено 07 мая 07 г. https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Доступ 07 мая 2020 г.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Обнаружение метастабильных электронных состояний методом масс-спектрометрии с ловушкой Пеннинга. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok на английском Q52, 2007. Модель атома Бора. [изображение онлайн] Доступно на https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Доступ к 08 Май 2020.
