Die navorsers by die Max Planck Instituut vir Kernfisika het suksesvol oneindig klein veranderinge in die massa van individuele atome gemeet na kwantumspronge van elektrone daarbinne deur die ultra-presiese Pentatrap-atoombalans by die Instituut in Heidelberg te gebruik.
In klassieke meganika is die ' massa ' 'n belangrike fisiese eienskap van enige voorwerp wat nie verander nie – die gewig verander afhangende van 'versnelling as gevolg van swaartekrag', maar die massa bly konstant. Hierdie idee van konstantheid van massa is 'n basiese uitgangspunt in die Newtoniaanse meganika, maar nie so in die kwantumwêreld nie.
Einstein se relatiwiteitsteorie het die idee van massa-energie-ekwivalensie gegee, wat basies impliseer dat die massa van 'n voorwerp nie altyd konstant hoef te bly nie; dit kan omgeskakel word na ('n ekwivalente hoeveelheid) energie en andersom. Hierdie onderlinge verband of uitruilbaarheid van massa en energie met mekaar is een van die sentrale denke in die wetenskap en word gegee deur die bekende vergelyking E=mc² as 'n afgeleide van Einstein se spesiale relatiwiteitsteorie waar E energie is, m massa is en c die spoed van lig in vakuum is.
Hierdie vergelyking E=mc2 is oral in werking, maar word byvoorbeeld beduidend waargeneem in atoomreaktore waar gedeeltelike massaverlies tydens kernsplitsing en kernfusie-reaksies aanleiding gee tot 'n groot hoeveelheid energie.
In die subatomiese wêreld, wanneer 'n elektron 'na' of 'van' een orbitaal na 'n ander spring, word 'n hoeveelheid energie gelykstaande aan die 'energievlakgaping' tussen die twee kwantumvlakke geabsorbeer of vrygestel. Daarom, in lyn met die formule van massa-energie-ekwivalensie, behoort die massa van 'n atoom toe te neem wanneer dit energie absorbeer en omgekeerd, af te neem wanneer dit energie vrystel. Maar die verandering in die massa van 'n atoom na kwantumoorgange van elektrone binne die atoom, sou uiters klein wees om te meet; iets wat tot dusver nie moontlik was nie. Maar nie meer nie!
Die navorsers by Max Planck Instituut vir Kernfisika het hierdie oneindig klein verandering in die massa van individuele atome vir die eerste keer suksesvol gemeet, moontlik die hoogste punt in presisiefisika.
Om dit te bereik, het die navorsers by die Max Planck Instituut die ultra-presiese Pentatrap-atoombalans by die Instituut in Heidelberg gebruik. PENTATRAP staan vir 'hoë-presisie Penning-valmassaspektrometer', 'n balans wat oneindig klein veranderinge in die massa van 'n atoom kan meet na kwantumspronge van elektrone daarin.
PENTATRAP bespeur dus metstabiele elektroniese toestande binne atome.
Die verslag beskryf waarneming van 'n metstabiele elektroniese toestand deur die massaverskil tussen die grond- en opgewekte toestande in Renium te meet.
***
Verwysings:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Nuuskantoor – Pentatrap meet verskille in massa tussen kwantumtoestande. Geplaas op 7 Mei 2020. Aanlyn beskikbaar by https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Toegang verkry op 7 Mei 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Opsporing van metastabiele elektroniese toestande deur Penning-lokvalmassaspektrometrie. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok by English Q52, 2007. Bohr-atoommodel. [beeld aanlyn] Beskikbaar by https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Toegang verkry op 08 Mei 2020.
***
