نجح الباحثون في معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية في قياس تغيرات صغيرة متناهية الصغر في كتلة من الذرات الفردية بعد القفزات الكمية للإلكترونات داخلها باستخدام التوازن الذري الخماسي الدقيق للغاية في المعهد في هايدلبرغ.
في الميكانيكا الكلاسيكية، "كتلة"هي خاصية فيزيائية مهمة لأي جسم لا يتغير - يتغير الوزن اعتمادًا على "التسارع الناتج عن الجاذبية" ولكن كتلة يبقى ثابتا. تعتبر فكرة ثبات الكتلة فرضية أساسية في ميكانيكا نيوتن، ولكنها ليست كذلك في عالم الكم.
أعطت نظرية النسبية لأينشتاين فكرة تكافؤ الكتلة والطاقة والتي تعني بشكل أساسي أن كتلة الجسم لا تحتاج إلى أن تظل ثابتة دائمًا؛ يمكن تحويلها إلى (كمية مكافئة) من الطاقة والعكس. هذه العلاقة المتبادلة أو قابلية التبادل للكتلة و طاقة في بعضها البعض هو أحد التفكير المركزي في العلوم ويعطى من خلال المعادلة الشهيرة E=mc2 كمشتق من نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين حيث E هي طاقة ، م كتلة و ج هي سرعة الضوء في الفراغ.
هذه المعادلة E = mc2 يتم تشغيله عالميًا في كل مكان ولكن يتم ملاحظته بشكل كبير ، على سبيل المثال ، في الذري المفاعلات حيث يؤدي الفقد الجزئي للكتلة أثناء تفاعلات الانشطار النووي والاندماج النووي إلى زيادة كمية الطاقة.
في العالم دون الذري، عندما يقفز الإلكترون "إلى" أو "من" واحد مداري ومن ناحية أخرى، يتم امتصاص أو إطلاق كمية من الطاقة تعادل "فجوة مستوى الطاقة" بين المستويين الكميين. ولذلك، تمشيا مع صيغة تكافؤ الكتلة والطاقة، كتلة ذرة يجب أن تزداد عندما تمتص الطاقة والعكس ، يجب أن تنخفض عندما تطلق الطاقة. لكن التغير في كتلة الذرة بعد التحولات الكمومية للإلكترونات داخل الذرة سيكون صغيرًا للغاية للقياس ؛ شيء لم يكن ممكنا حتى الآن. لكن ليس بعد الآن!
نجح الباحثون في معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية في قياس هذا التغيير الصغير للغاية في كتلة الذرات الفردية لأول مرة ، وربما كانت أعلى نقطة في الفيزياء الدقيقة.
لتحقيق ذلك ، استخدم الباحثون في معهد ماكس بلانك التوازن الذري الخماسي الدقيق للغاية في المعهد في هايدلبرغ. بنتاتراب يرمز إلى "مقياس الطيف الكتلي عالي الدقة Penning trap" ، وهو توازن يمكنه قياس التغيرات الصغيرة جدًا في كتلة الذرة بعد القفزات الكمومية للإلكترونات بداخلها.
وهكذا يكتشف PENTATRAP الحالات الإلكترونية الثابتة داخل الذرات.
يصف التقرير ملاحظة حالة إلكترونية غير مستقرة عن طريق قياس فرق الكتلة بين الأرض والحالات المثارة في الرينيوم.
***
المراجع:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. غرفة الأخبار - يقيس Pentatrap الاختلافات في الكتلة بين الحالات الكمية. تم النشر في 07 مايو 07 ، 2020. متاح على الإنترنت على https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 تم الوصول إليه في 07 مايو 2020.
2. Schüssler ، RX ، Bekker ، H. ، Braß ، M. et al. الكشف عن الحالات الإلكترونية غير المستقرة عن طريق مطياف الكتلة المصيدة Penning. Nature 581 ، 42-46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok في English Q52، 2007. Bohr atom model. [صورة على الإنترنت] متوفر في https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg الوصول إلى 08 قد 2020.
***
