Vědci z Max Planck Institute for Nuclear Physics úspěšně změřili nekonečně malou změnu v hmota jednotlivých atomů po kvantových přeskocích elektronů uvnitř pomocí ultra přesné atomové rovnováhy Pentatrap v Institutu v Heidelbergu.
V klasické mechanice „hmota“ je důležitá fyzikální vlastnost jakéhokoli předmětu, která se nemění – hmotnost se mění v závislosti na „zrychlení způsobeném gravitací“, ale hmota zůstává konstantní. Tato představa stálosti hmoty je základním předpokladem v newtonovské mechanice, ale ne tak v kvantovém světě.
Einsteinova teorie relativity dala pojem ekvivalence hmoty a energie, což v zásadě znamenalo, že hmotnost objektu nemusí zůstat vždy konstantní; lze ji přeměnit na (ekvivalentní množství) energie a naopak. Tento vzájemný vztah či zaměnitelnost hmoty a energie do sebe je jedním z ústředních myšlení ve vědě a je dáno slavnou rovnicí E=mc2 jako derivát Einsteinovy speciální teorie relativity, kde E je energie, m je hmotnost a c je rychlost světla ve vakuu.
Tato rovnice E=mc2 je ve hře univerzálně všude, ale je významně pozorován například v atomový reaktory, kde částečná ztráta hmoty během jaderného štěpení a reakcí jaderné fúze vede k obrovskému množství energie.
V subatomárním světě, když elektron skočí „na“ nebo „z“ jednoho orbitální na druhou stranu se absorbuje nebo uvolní množství energie ekvivalentní „meziře energetických hladin“ mezi dvěma kvantovými hladinami. Proto, v souladu se vzorcem hmotnostně-energetické ekvivalence, hmotnost an atom by se měla zvýšit, když energii absorbuje, a naopak by se měla snížit, když energii uvolňuje. Ale změna hmotnosti atomu po kvantových přechodech elektronů uvnitř atomu by byla na měření extrémně malá; něco, co dosud nebylo možné. Ale už ne!
Vědci z Max Planck Institute for Nuclear Physics poprvé úspěšně změřili tuto nekonečně malou změnu hmotnosti jednotlivých atomů, což je možná nejvyšší bod v přesné fyzice.
K dosažení tohoto cíle použili vědci z Institutu Maxe Plancka ultra přesnou atomovou rovnováhu Pentatrap v Institutu v Heidelbergu. PENTATRAP je zkratka pro 'high-precision Penning trap mass spectrometer', váha, která dokáže měřit nekonečně malé změny v hmotnosti atomu po kvantových skokech elektronů uvnitř.
PENTATRAP tak detekuje metastabilní elektronové stavy v atomech.
Zpráva popisuje pozorování metastabilního elektronického stavu měřením hmotnostního rozdílu mezi základním a excitovaným stavem v Rheniu.
***
Reference:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom – Pentatrap měří rozdíly v hmotnosti mezi kvantovými stavy. Publikováno 07. května 07, 2020. Dostupné online na https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Zpřístupněno dne 07. května 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. a kol. Detekce metastabilních elektronových stavů pomocí hmotnostní spektrometrie Penningovy pasti. Příroda 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok v angličtině Q52, 2007. Bohrův model atomu. [obrázek online] Dostupné na https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Přístup k 08 může 2020.
***
