The researchers at Max Planck Institute for Nuclear Physics have successfully measured infinitesimally small change in the massa of individual atoms following quantum jumps of electrons within by using the ultra-precise Pentatrap atomic balance at the Institute in Heidelberg.
In classical mechanics, the ‘massa’ is an important physical property of any object which does not change – the weight changes depending upon ‘acceleration due to gravity’ but the massa remains constant. This notion of constancy of mass is a basic premise in the Newtonian mechanics, however, not so in the quantum world.
La teoria della relatività di Einstein ha dato la nozione di equivalenza massa-energia che fondamentalmente implicava che la massa di un oggetto non deve rimanere sempre costante; può essere convertito in (una quantità equivalente di) energia e viceversa. Questa interrelazione o intercambiabilità di massa ed energia l'una nell'altra è uno dei pensieri centrali della scienza ed è data dalla famosa equazione E=mc2 come un derivato della teoria della relatività ristretta di Einstein dove E è l'energia, m è la massa ec è la velocità della luce nel vuoto.
Questa equazione E=mc2 è in gioco universalmente ovunque, ma si osserva in modo significativo, ad esempio, in atomico reattori in cui la perdita parziale di massa durante la fissione nucleare e le reazioni di fusione nucleare dà origine a grandi quantità di energia.
In the sub-atomic world, when an electron jumps ‘to’ or ‘from’ one orbitale to another, an amount of energy equivalent to ‘energy level gap’ between the two quantum levels is absorbed or released. Therefore, in line with the formula of mass-energy equivalence, the mass of an atomo dovrebbe aumentare quando assorbe energia e viceversa dovrebbe diminuire quando rilascia energia. Ma il cambiamento nella massa di un atomo dopo le transizioni quantistiche degli elettroni all'interno dell'atomo sarebbe estremamente piccolo da misurare; qualcosa che finora non è stato possibile. Ma non più!
I ricercatori del Max Planck Institute for Nuclear Physics hanno misurato con successo per la prima volta questo cambiamento infinitesimale nella massa dei singoli atomi, forse il punto più alto nella fisica di precisione.
Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori del Max Planck Institute hanno utilizzato l'equilibrio atomico Pentatrap ultra preciso presso l'Istituto di Heidelberg. PENTTRAPPO sta per "spettrometro di massa a trappola di Penning ad alta precisione", una bilancia che può misurare variazioni infinitesimali nella massa di un atomo a seguito di salti quantistici di elettroni all'interno.
PENTATRAP rileva così gli stati elettronici metastabili all'interno degli atomi.
Il rapporto descrive l'osservazione di uno stato elettronico metastabile misurando la differenza di massa tra lo stato fondamentale e quello eccitato nel renio.
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Riferimenti:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Sala stampa – Pentatrap misura le differenze di massa tra gli stati quantistici. Inserito il 07 maggio 07, 2020. Disponibile online su https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Consultato il 07 maggio 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Rilevazione di stati elettronici metastabili mediante spettrometria di massa Penning trap. Natura 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok in inglese Q52, 2007. Modello atomico di Bohr. [immagine online] Disponibile su https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Accesso 08 può 2020.
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