The researchers at Max Planck Institute for Nuclear Physics have successfully measured infinitesimally small change in the masa of individual atoms following quantum jumps of electrons within by using the ultra-precise Pentatrap atomic balance at the Institute in Heidelberg.
In classical mechanics, the ‘masa’ is an important physical property of any object which does not change – the weight changes depending upon ‘acceleration due to gravity’ but the masa remains constant. This notion of constancy of mass is a basic premise in the Newtonian mechanics, however, not so in the quantum world.
The Einstein’s theory of relativity gave the notion of mass-energy equivalence which basically implied that the mass of an object need not remain constant always; it can be converted to (an equivalent amount of) energy and vice versa. This inter-relationship or interchangeability of mass and enerģija into each other is one of central thinking in science and is given by the famous equation 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.
In the sub-atomic world, when an electron jumps ‘to’ or ‘from’ one orbitālās to another, an amount of energy equivalent to ‘energy level gap’ between the two quantum levels is absorbed or released. Therefore, in line with the formula of mass-energy equivalence, the mass of an 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.
***
