Para penyelidik di Institut Max Planck untuk Fizik Nuklear telah berjaya mengukur perubahan yang sangat kecil dalam besar-besaran atom individu berikutan lompatan kuantum elektron dalam dengan menggunakan imbangan atom Pentatrap ultra-tepat di Institut di Heidelberg.
Dalam mekanik klasik, 'besar-besaran' ialah sifat fizikal penting bagi mana-mana objek yang tidak berubah - berat berubah bergantung pada 'pecutan akibat graviti' tetapi besar-besaran kekal malar. Tanggapan tentang ketekalan jisim ini adalah premis asas dalam mekanik Newton, walau bagaimanapun, tidak begitu dalam dunia kuantum.
Teori relativiti Einstein memberikan tanggapan tentang kesetaraan jisim-tenaga yang pada asasnya membayangkan bahawa jisim objek tidak perlu sentiasa tetap; ia boleh ditukar kepada (jumlah yang setara) tenaga dan sebaliknya. Ini saling perhubungan atau kebolehtukaran jisim dan tenaga ke dalam satu sama lain adalah salah satu pemikiran utama dalam sains dan diberikan oleh persamaan terkenal E=mc2 sebagai terbitan teori relativiti khas Einstein di mana E ialah tenaga, m ialah jisim dan c ialah kelajuan cahaya dalam vakum.
Persamaan ini E=mc2 dimainkan secara universal di mana-mana tetapi diperhatikan dengan ketara, contohnya, dalam atom reaktor di mana kehilangan separa jisim semasa pembelahan nuklear dan tindak balas pelakuran nuklear menimbulkan sejumlah besar tenaga.
Dalam dunia sub-atom, apabila elektron melompat 'ke' atau 'dari' satu orbit kepada yang lain, jumlah tenaga yang setara dengan 'jurang aras tenaga' antara dua aras kuantum diserap atau dilepaskan. Oleh itu, selaras dengan formula kesetaraan jisim-tenaga, jisim an atom harus meningkat apabila ia menyerap tenaga dan sebaliknya, harus berkurang apabila ia membebaskan tenaga. Tetapi perubahan dalam jisim atom berikutan peralihan kuantum elektron dalam atom, adalah sangat kecil untuk diukur; sesuatu yang tidak dapat dilakukan setakat ini. Tetapi tidak lagi!
Para penyelidik di Institut Max Planck untuk Fizik Nuklear telah berjaya mengukur perubahan yang sangat kecil dalam jisim atom individu untuk kali pertama, mungkin titik tertinggi dalam fizik ketepatan.
Untuk mencapai matlamat ini, para penyelidik di Institut Max Planck menggunakan keseimbangan atom Pentatrap ultra-tepat di Institut di Heidelberg. PENTATRAP bermaksud 'spektrometer jisim perangkap Penning berketepatan tinggi', neraca yang boleh mengukur perubahan yang sangat kecil dalam jisim atom berikutan lompatan kuantum elektron di dalamnya.
PENTATRAP dengan itu mengesan keadaan elektronik metastabil dalam atom.
Laporan itu menerangkan pemerhatian keadaan elektronik metastabil dengan mengukur perbezaan jisim antara tanah dan keadaan teruja dalam Renium.
***
Rujukan:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Bilik Berita – Pentatrap mengukur perbezaan jisim antara keadaan kuantum. Disiarkan 07 Mei 07, 2020. Boleh didapati dalam talian di https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Diakses pada 07 Mei 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Pengesanan keadaan elektronik metastabil oleh spektrometri jisim perangkap Penning. Alam 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok di Bahasa Inggeris Q52, 2007. Model atom Bohr. [imej dalam talian] Tersedia di https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Diakses 08 Mei 2020.
***
