Maxo Plancko branduolinės fizikos instituto tyrėjai, naudodami itin tikslias Pentatrap atomines svarstykles Heidelbergo institute, sėkmingai išmatavo be galo mažus atskirų atomų masės pokyčius, vykstančius po elektronų kvantinių šuolių.
Klasikinėje mechanikoje „ masė “ yra svarbi bet kurio objekto fizinė savybė, kuri nekinta – svoris kinta priklausomai nuo „gravitacijos pagreičio“, tačiau masė išlieka pastovi. Ši masės pastovumo sąvoka yra pagrindinė Niutono mechanikos prielaida, tačiau kvantinėje fizikoje ji tokia nėra.
Einšteino reliatyvumo teorija pateikė masės ir energijos ekvivalentiškumo sąvoką, kuri iš esmės reiškė, kad objekto masė nebūtinai visada išliks pastovi; ją galima paversti (ekvivalentišku) energijos kiekiu ir atvirkščiai. Šis masės ir energijos tarpusavio ryšys arba pakeičiamumas yra vienas iš pagrindinių mokslo mąstymo aspektų ir yra išreiškiamas garsiąja lygtimi E=mc² kaip Einšteino specialiosios reliatyvumo teorijos išvestinė, kur E yra energija, m yra masė, o c yra šviesos greitis vakuume.
Ši lygtis E=mc2 galioja visur, tačiau ypač pastebima, pavyzdžiui, atominiuose reaktoriuose, kur dalinis masės praradimas branduolio dalijimosi ir branduolio sintezės reakcijų metu sukelia didžiulį energijos kiekį.
Subatominiame pasaulyje, kai elektronas šoka „į“ arba „iš“ vienos orbitalės į kitą, sugeriamas arba išskiriamas energijos kiekis, lygus „energijos lygio tarpui“ tarp dviejų kvantinių lygmenų. Todėl, remiantis masės ir energijos ekvivalentiškumo formule, atomo masė turėtų padidėti, kai jis sugeria energiją, ir atvirkščiai, turėtų sumažėti, kai jis išskiria energiją. Tačiau atomo masės pokytis po elektronų kvantinių virsmų atomo viduje būtų itin mažas, kad būtų galima jį išmatuoti; tai iki šiol nebuvo įmanoma. Bet nebe dabar!
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 tyrėjai panaudojo itin tikslias Pentatrap atomines svarstykles, esančias Heidelbergo institute. PENTATRAP reiškia „didelio tikslumo Penningo gaudyklių masių spektrometras“ – tai svarstyklės, galinčios išmatuoti be galo mažus atomo masės pokyčius, vykstančius po elektronų kvantinių šuolių jame.
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 skyrius – Pentatrap matuoja masės skirtumus tarp kvantinių būsenų. Paskelbta 2020 m. gegužės 7 d. Prieinama internete adresu https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249. Žiūrėta 2020 m. gegužės 7 d.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. ir kt. Metastabilių elektroninių būsenų aptikimas Penningo gaudyklių masių spektrometrija. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. „JabberWok“, anglų k., Q52, 2007. Boro atomo modelis. [paveikslėlis internete]. Prieinama adresu https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg. Žiūrėta 2020 m. gegužės 08 d.
***
