Istraživači s Instituta Max Planck za nuklearnu fiziku uspješno su izmjerili infinitezimalno male promjene u masa pojedinačnih atoma nakon kvantnih skokova elektrona unutar pomoću ultraprecizne atomske ravnoteže Pentatrap na Institutu u Heidelbergu.
U klasičnoj mehanici, 'masa' je važno fizičko svojstvo bilo kojeg objekta koje se ne mijenja – težina se mijenja ovisno o 'ubrzanju gravitacije', ali masa ostaje konstantan. Ovaj pojam postojanosti mase osnovna je premisa u Newtonovoj mehanici, ali nije tako u kvantnom svijetu.
Einsteinova teorija relativnosti dala je pojam masno-energijske ekvivalencije koja je u osnovi implicirala da masa objekta ne mora uvijek ostati konstantna; može se pretvoriti u (ekvivalentnu količinu) energije i obrnuto. Ovaj međusobni odnos ili zamjenjivost mase i energija jedno u drugo jedno je od središnjih razmišljanja u znanosti i dano je poznatom jednadžbom E=mc2 kao derivat Einsteinove specijalne teorije relativnosti gdje je E energija, m masa i c brzina svjetlosti u vakuumu.
Ova jednadžba E=mc2 je u igri univerzalno posvuda, ali se značajno promatra, na primjer, u atomski reaktore u kojima djelomični gubitak mase tijekom nuklearne fisije i nuklearne fuzije dovodi do ogromne količine energije.
U subatomskom svijetu, kada elektron skoči 'na' ili 's' jednog orbitalni drugome, količina energije koja je ekvivalentna 'jazu u razini energije' između dvije kvantne razine se apsorbira ili oslobađa. Stoga, u skladu s formulom ekvivalencije masa-energija, masa an atom trebao bi se povećati kada apsorbira energiju i obrnuto, trebao bi se smanjiti kada oslobađa energiju. Ali promjena mase atoma nakon kvantnih prijelaza elektrona unutar atoma bila bi iznimno mala za mjerenje; nešto što do sada nije bilo moguće. Ali ne više!
Istraživači s Max Planck Instituta za nuklearnu fiziku po prvi su put uspješno izmjerili ovu beskonačno malu promjenu u masi pojedinačnih atoma, vjerojatno najvišu točku u preciznoj fizici.
Da bi to postigli, istraživači s Instituta Max Planck koristili su ultra-preciznu atomsku ravnotežu Pentatrap na Institutu u Heidelbergu. PENTATTRAP označava 'visoko precizni maseni spektrometar Penningove zamke', vagu koja može mjeriti beskonačno male promjene mase atoma nakon kvantnih skokova elektrona unutar njega.
PENTATRAP tako detektira metastabilna elektronska stanja unutar atoma.
Izvješće opisuje promatranje metastabilnog elektroničkog stanja mjerenjem razlike mase između osnovnog i pobuđenog stanja u reniju.
***
Reference:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Redakcija – Pentatrap mjeri razlike u masi između kvantnih stanja. Objavljeno 07. svibnja 07. svibnja 2020. Dostupno na adresi https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Pristupljeno 07. svibnja 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. i sur. Detekcija metastabilnih elektronskih stanja pomoću masene spektrometrije Penningove zamke. Priroda 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok na engleskom Q52, 2007. Bohrov model atoma. [slika online] Dostupno na https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Pristupljeno 08 svibnja 2020.
***
