Maksa Planka Kodolfizikas institūta pētnieki ir veiksmīgi izmērījuši bezgalīgi nelielas izmaiņas masa atsevišķu atomu izvadīšana pēc elektronu kvantu lēcieniem iekšienē, izmantojot īpaši precīzu Pentatrap atomu līdzsvaru Heidelbergas institūtā.
Klasiskajā mehānikā "masair svarīga jebkura objekta fiziska īpašība, kas nemainās – svars mainās atkarībā no “paātrinājuma gravitācijas dēļ”, bet masa paliek nemainīgs. Šis masas noturības jēdziens ir Ņūtona mehānikas pamatnosacījums, tomēr kvantu pasaulē tas tā nav.
Einšteina relativitātes teorija sniedza masas un enerģijas ekvivalences jēdzienu, kas būtībā nozīmēja, ka objekta masai nav jāpaliek nemainīgai vienmēr; to var pārvērst (līdzvērtīgā daudzumā) enerģijā un otrādi. Šī masas savstarpējā saistība vai savstarpēja aizstājamība un enerģija Viena no otras ir viena no galvenajām domām zinātnē, un to nosaka slavenais vienādojums E=mc2 kā Einšteina īpašās relativitātes teorijas atvasinājums, kur E ir enerģija, m ir masa un c ir gaismas ātrums vakuumā.
Šis vienādojums E=mc2 tiek spēlēts visur, bet tiek novērots ievērojami, piemēram, iekšā atomu reaktori, kuros daļējs masas zudums kodola skaldīšanas un kodolsintēzes reakciju laikā rada milzīgu enerģijas daudzumu.
Subatomu pasaulē, kad elektrons lec “uz” vai “no” viena orbitālās uz otru tiek absorbēts vai atbrīvots enerģijas daudzums, kas līdzvērtīgs “enerģijas līmeņa atšķirībai” starp diviem kvantu līmeņiem. Tāpēc saskaņā ar masas un enerģijas ekvivalences formulu an masa atoms vajadzētu palielināties, kad tas absorbē enerģiju, un otrādi, vajadzētu samazināties, kad tas atbrīvo enerģiju. Taču atoma masas izmaiņas pēc elektronu kvantu pārejām atomā būtu ārkārtīgi mazas, lai izmērītu; kaut kas līdz šim nav bijis iespējams. Bet vairs ne!
Maksa Planka Kodolfizikas institūta pētnieki pirmo reizi ir veiksmīgi izmērījuši šīs bezgalīgi mazās atsevišķu atomu masas izmaiņas, kas, iespējams, ir augstākais punkts precīzās fizikā.
Lai to panāktu, Maksa Planka institūta pētnieki izmantoja īpaši precīzu Pentatrap atomu līdzsvaru Heidelbergas institūtā. PENTATRAP apzīmē “augstas precizitātes Peninga slazda masas spektrometru” — balansu, kas var izmērīt bezgalīgi nelielas atoma masas izmaiņas pēc tajā esošo elektronu kvantu lēcieniem.
Tādējādi PENTATRAP atklāj metastabilus elektroniskos stāvokļus atomos.
Ziņojumā ir aprakstīts metastabila elektroniskā stāvokļa novērojums, mērot masas starpību starp zemes un ierosinātajiem stāvokļiem rēnijā.
***
Norādes:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom — Pentatrap mēra masas atšķirības starp kvantu stāvokļiem. Publicēts 07. gada 07. maijā. Pieejams tiešsaistē vietnē https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Skatīts 07. gada 2020. maijā.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Metastabilu elektronisko stāvokļu noteikšana ar Peninga slazda masas spektrometriju. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok angļu valodā Q52, 2007. Bora atoma modelis. [attēls tiešsaistē] Pieejams plkst https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Piekļuve 08 maijs 2020.
***
