მაქს პლანკის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის მკვლევარებმა წარმატებით გაზომეს უსასრულოდ მცირე ცვლილება მასობრივი ცალკეული ატომების შემდეგ ელექტრონების კვანტური ნახტომები შიგნით ჰაიდელბერგის ინსტიტუტში ულტრა ზუსტი პენტატრაპის ატომური ბალანსის გამოყენებით.
კლასიკურ მექანიკაში, "მასობრივიეს არის ნებისმიერი ობიექტის მნიშვნელოვანი ფიზიკური თვისება, რომელიც არ იცვლება - წონა იცვლება "გრავიტაციის გამო აჩქარების" მიხედვით, მაგრამ მასობრივი რჩება მუდმივი. მასის მუდმივობის ეს ცნება არის ნიუტონის მექანიკის ძირითადი წინაპირობა, თუმცა ეს ასე არ არის კვანტურ სამყაროში.
აინშტაინის ფარდობითობის თეორიამ წარმოადგინა მასა-ენერგეტიკული ეკვივალენტობის ცნება, რომელიც ძირითადად გულისხმობდა, რომ ობიექტის მასა ყოველთვის არ უნდა დარჩეს მუდმივი; ის შეიძლება გარდაიქმნას ენერგიად (ექვივალენტური რაოდენობით) და პირიქით. მასის ეს ურთიერთმიმართება ან ურთიერთშემცვლელობა და ენერგიის ერთმანეთში ერთ-ერთი ცენტრალური აზროვნებაა მეცნიერებაში და მოცემულია ცნობილი განტოლებით E=mc2 როგორც აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორიის წარმოებული, სადაც E არის ენერგია, m არის მასა და c არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში.
ეს განტოლება E=mc2 ყველგან უნივერსალურად თამაშობს, მაგრამ მნიშვნელოვნად შეინიშნება, მაგალითად, ქ ატომური რეაქტორები, სადაც მასის ნაწილობრივი დაკარგვა ბირთვული დაშლისა და ბირთვული შერწყმის რეაქციების დროს წარმოშობს ენერგიის დიდ რაოდენობას.
ქვეატომურ სამყაროში, როდესაც ელექტრონი ხტება „ერთზე“ ან „ერთიდან“. ორბიტულ მეორეს, ენერგიის რაოდენობა, რომელიც ექვივალენტურია „ენერგეტიკული დონის უფსკრულის“ ორ კვანტურ დონეს შორის შეიწოვება ან გამოიყოფა. მაშასადამე, მასა-ენერგიის ეკვივალენტობის ფორმულის შესაბამისად, მასა ან atom უნდა გაიზარდოს, როდესაც ის შთანთქავს ენერგიას და პირიქით, უნდა შემცირდეს ენერგიის გამოყოფისას. მაგრამ ატომის მასის ცვლილება ატომში ელექტრონების კვანტური გადასვლების შემდეგ უკიდურესად მცირე იქნება გასაზომად; რაც აქამდე შეუძლებელი იყო. მაგრამ უკვე არა!
მაქს პლანკის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის მკვლევარებმა პირველად გაზომეს ეს უსასრულოდ მცირე ცვლილება ცალკეული ატომების მასაში, რაც შესაძლოა ყველაზე მაღალი წერტილია ზუსტი ფიზიკაში.
ამის მისაღწევად, მაქს პლანკის ინსტიტუტის მკვლევარებმა გამოიყენეს ულტრა ზუსტი პენტატრაპის ატომური ბალანსი ჰაიდელბერგის ინსტიტუტში. პენტატრაპი ნიშნავს „მაღალი სიზუსტის პენინგ-ხაფანგის მასის სპექტრომეტრს“, ბალანსს, რომელსაც შეუძლია გაზომოს ატომის მასის უსასრულოდ მცირე ცვლილებები ელექტრონების კვანტური ნახტომების შემდეგ.
ამრიგად, PENTATRAP აღმოაჩენს მეტასტაბილურ ელექტრონულ მდგომარეობებს ატომებში.
მოხსენებაში აღწერილია მეტასტაბილური ელექტრონული მდგომარეობის დაკვირვება რენიუმში მიწისა და აღგზნებულ მდგომარეობებს შორის მასის სხვაობის გაზომვით.
***
წყაროები:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom – პენტატრაპი ზომავს მასის განსხვავებებს კვანტურ მდგომარეობებს შორის. გამოქვეყნებულია 07 წლის 07 მაისს. ხელმისაწვდომია ონლაინ მისამართზე https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 ხელმისაწვდომია 07 წლის 2020 მაისს.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. მეტასტაბილური ელექტრონული მდგომარეობების გამოვლენა პენინგ ხაფანგის მასის სპექტრომეტრიით. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok at English Q52, 2007. Bohr atom model. [სურათი ონლაინ] ხელმისაწვდომია https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg ამოქმედდა 2 მაისი.
***
