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PENTATRAP 测量原子吸收和释放能量时的质量变化

科学物理PENTATRAP 测量原子吸收和释放能量时的质量变化

马克斯普朗克核物理研究所的研究人员通过使用海德堡研究所的超精密 Pentatrap 原子天平,成功地测量了单个原子在内部电子量子跃迁后质量的极小变化。

在经典力学中,“质量”是任何物体的重要物理属性,它不会发生变化——重量会随着“重力加速度”而变化,但质量保持不变。 这种质量恒定的概念是牛顿力学的基本前提,但在量子世界中并非如此。

爱因斯坦的相对论给出了质能等价的概念,它基本上暗示物体的质量不必总是保持不变; 它可以转换为(等量的)能量,反之亦然。 质量和能量相互之间的这种相互关系或互换性是科学的核心思想之一,由著名的方程 E=mc 给出2 作为爱因斯坦狭义相对论的衍生物,其中 E 是能量,m 是质量,c 是真空中的光速。

这个方程 E=mc2 在任何地方都普遍存在,但被显着观察到,例如,在 原子 核裂变和核聚变反应过程中部分质量损失产生大量能量的反应堆。

在亚原子世界中,当一个电子“跳到”或“从”一个轨道跳到另一个轨道时,相当于两个量子能级之间“能级间隙”的能量被吸收或释放。 因此,根据质能等价公式,一个物体的质量 原子 吸收能量时应增加,反之,释放能量时应减少。 但是,在原子内电子发生量子跃迁后,原子质量的变化非常小,无法测量; 到目前为止还不可能的事情。 但现在不行了!

马克斯普朗克核物理研究所的研究人员首次成功测量了单个原子质量的这种极小的变化,这可能是精密物理学的最高点。

为了实现这一目标,马克斯普朗克研究所的研究人员使用了海德堡研究所的超精密 Pentatrap 原子天平。 五角星 代表“高精度彭宁阱质谱仪”,这是一种天平,可以测量内部电子量子跃迁后原子质量的极小变化。

PENTATRAP 因此检测原子内的亚稳态电子态。

该报告描述了通过测量铼中基态和激发态之间的质量差异观察到的亚稳态电子态。

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参考文献:

1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Newsroom – Pentatrap 测量量子态之间的质量差异。 07 年 07 月 2020 日发布。可在线获取: https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 07 年 2020 月 XNUMX 日访问。

2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. 等。 通过 Penning 阱质谱法检测亚稳态电子状态。 自然 581, 42–46 (2020)。 https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0

3. JabberWok at English Q52, 2007. Bohr 原子模型。 [在线图片] 可在 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg 访问08可能2020。

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赛欧团队
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