Maxo Plancko branduolinės fizikos instituto mokslininkai sėkmingai išmatavo be galo mažus pokyčius masė atskirų atomų po kvantinių elektronų šuolių viduje, naudojant itin tikslų Pentatrap atomų balansą Heidelbergo institute.
Klasikinėje mechanikoje „masė“ yra svarbi bet kurio objekto fizinė savybė, kuri nesikeičia – svoris kinta priklausomai nuo „pagreičio dėl gravitacijos“, bet masė išlieka pastovus. Ši masės pastovumo samprata yra pagrindinė Niutono mechanikos prielaida, tačiau kvantiniame pasaulyje ne taip.
Einšteino reliatyvumo teorija pateikė masės ir energijos lygiavertiškumo sąvoką, kuri iš esmės reiškė, kad objekto masė neturi likti pastovi visada; ją galima paversti (ekvivalenčiu kiekiu) energija ir atvirkščiai. Šis tarpusavio ryšys arba pakeičiamumas masės ir energija vienas į kitą yra vienas iš pagrindinių mokslo mąstymo ir yra pateiktas garsiąja lygtimi E=mc2 kaip Einšteino specialiosios reliatyvumo teorijos darinys, kur E yra energija, m yra masė ir c yra šviesos greitis vakuume.
Ši lygtis E=mc2 yra žaidžiamas visur, bet pastebimas, pavyzdžiui, žaidime atominis reaktoriai, kuriuose dalinis masės praradimas vykstant branduolio dalijimosi ir branduolių sintezės reakcijoms sukuria didžiulį energijos kiekį.
Subatominiame pasaulyje, kai elektronas šokinėja „į“ arba „nuo“ vieno orbitinis į kitą, energijos kiekis, atitinkantis „energijos lygio tarpą“ tarp dviejų kvantinių lygių, absorbuojamas arba išleidžiamas. Todėl pagal masės ir energijos ekvivalento formulę an masė atomas turėtų padidėti, kai sugeria energiją, ir atvirkščiai, turėtų mažėti, kai išleidžia energiją. Tačiau atomo masės pokytis po kvantinių elektronų perėjimų atomo viduje būtų labai mažas išmatuoti; kažkas, kas iki šiol nebuvo įmanoma. Bet ne daugiau!
Max Planck Branduolinės fizikos instituto mokslininkai pirmą kartą sėkmingai išmatavo šį be galo mažą atskirų atomų masės pokytį, galbūt aukščiausią tiksliosios fizikos tašką.
Norėdami tai pasiekti, Maxo Plancko instituto mokslininkai panaudojo itin tikslią Pentatrap atominę pusiausvyrą Heidelbergo institute. PENTATRAPAS reiškia „didelio tikslumo Peningo spąstų masės spektrometrą“ – balansą, kuris gali išmatuoti be galo mažus atomo masės pokyčius po kvantinių elektronų šuolių viduje.
Taigi PENTATRAP aptinka metastabilias elektronines būsenas atomuose.
Ataskaitoje aprašomas metastabilios elektroninės būsenos stebėjimas, matuojant masės skirtumą tarp renio pagrindo ir sužadintos būsenos.
***
Nuorodos:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Naujienų kambarys – Pentatrap matuoja masių skirtumus tarp kvantinių būsenų. Paskelbta 07 Gegužės 07, 2020. Prieiga internete adresu https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Žiūrėta 07 m. gegužės 2020 d.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. ir kt. Metastabilių elektroninių būsenų aptikimas naudojant Penningo gaudyklės masės spektrometriją. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok anglų kalba Q52, 2007. Bohr atomo modelis. [vaizdas internete] Galima rasti adresu https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Pasiekta 08 gegužės 2020.
***
