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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成功测量了 质量 通过使用海德堡研究所的超精密 Pentatrap 原子天平,跟踪内部电子量子跃迁的单个原子。

在经典力学中,“质量”是任何物体的一个不会改变的重要物理属性——重量的变化取决于“重力加速度”,但 质量 保持不变。质量恒定的概念是牛顿力学的基本前提,但在量子世界中却并非如此。

爱因斯坦的相对论给出了质能等价的概念,它基本上意味着物体的质量不必始终保持恒定;它可以转换为(等量的)能量,反之亦然。质量和质量的这种相互关系或互换性 能源 相互转化是科学的中心思想之一,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,当电子“跳到”或“从”一个 轨道 另一方面,吸收或释放相当于两个量子能级之间“能级间隙”的能量。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。

***

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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