นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์มักซ์พลังค์ประสบความสำเร็จในการวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ใน มวล ของอะตอมแต่ละตัวตามการกระโดดควอนตัมของอิเล็กตรอนภายในโดยใช้สมดุลอะตอม Pentatrap ที่มีความแม่นยำสูงพิเศษที่สถาบันในไฮเดลเบิร์ก
ในกลศาสตร์คลาสสิก 'มวล' เป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญของวัตถุใด ๆ ที่ไม่เปลี่ยนแปลง - น้ำหนักจะเปลี่ยนไปตาม 'ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง' แต่ มวล ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แนวคิดเรื่องความคงตัวของมวลนี้เป็นหลักฐานพื้นฐานในกลศาสตร์ของนิวตัน แต่ไม่ใช่ในโลกควอนตัม
ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ให้แนวคิดเรื่องความเท่าเทียมกันของมวล-พลังงาน ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วบอกเป็นนัยว่ามวลของวัตถุไม่จำเป็นต้องคงที่เสมอไป มันสามารถแปลงเป็นพลังงาน (ในปริมาณที่เท่ากัน) และในทางกลับกัน ความสัมพันธ์ระหว่างกันหรือการแลกเปลี่ยนกันของมวลและ พลังงาน การคิดซึ่งกันและกันถือเป็นการคิดแบบศูนย์กลางทางวิทยาศาสตร์ และกำหนดโดยสมการที่มีชื่อเสียง E=mc2 เป็นอนุพันธ์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ โดยที่ E คือพลังงาน m คือมวล และ c คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ
สมการนี้ E=mc2 มีอยู่ทั่วไปทุกที่ แต่มีการสังเกตอย่างมีนัยสำคัญ เช่น ใน อะตอม เครื่องปฏิกรณ์ที่สูญเสียมวลบางส่วนระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันทำให้เกิดพลังงานจำนวนมหาศาล
ในโลกย่อยอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนกระโดด 'ไป' หรือ 'จาก' อันหนึ่ง วงโคจร อีกประการหนึ่ง ปริมาณพลังงานที่เทียบเท่ากับ 'ช่องว่างระดับพลังงาน' ระหว่างระดับควอนตัมสองระดับจะถูกดูดซับหรือปล่อยออกมา ดังนั้น ตามสูตรสมมูลมวล-พลังงาน มวลของ an อะตอม ควรเพิ่มขึ้นเมื่อดูดซับพลังงาน และในทางกลับกัน ควรลดลงเมื่อปล่อยพลังงาน แต่การเปลี่ยนแปลงมวลของอะตอมหลังจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนในอะตอมนั้นควอนตัมจะวัดได้น้อยมาก สิ่งที่ไม่สามารถทำได้จนถึงตอนนี้ แต่ไม่ใช่อีกต่อไป!
นักวิจัยจากสถาบัน Max Planck Institute for Nuclear Physics ประสบความสำเร็จในการวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในมวลของอะตอมแต่ละตัวเป็นครั้งแรก ซึ่งอาจจะเป็นจุดสูงสุดในฟิสิกส์ที่มีความแม่นยำ
เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ นักวิจัยจากสถาบัน Max Planck ได้ใช้เครื่องชั่งอะตอม Pentatrap ที่แม่นยำเป็นพิเศษที่สถาบันในไฮเดลเบิร์ก เพนทาแทรป ย่อมาจาก "แมสสเปกโตรมิเตอร์แบบดักจับความแม่นยำสูง" ซึ่งเป็นเครื่องชั่งที่สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในมวลของอะตอมหลังจากการกระโดดควอนตัมของอิเล็กตรอนภายใน
PENTATRAP ตรวจจับสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ metastable ภายในอะตอม
รายงานอธิบายการสังเกตสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แพร่กระจายได้โดยการวัดความแตกต่างของมวลระหว่างสถานะพื้นดินและสถานะตื่นเต้นในรีเนียม
***
อ้างอิง:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020 ห้องข่าว – Pentatrap วัดความแตกต่างของมวลระหว่างสถานะควอนตัม โพสต์เมื่อ 07 พฤษภาคม 07, 2020 ออนไลน์ได้ที่ https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 เข้าถึงเมื่อ 07 พฤษภาคม 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H. , Braß, M. et al. การตรวจจับสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แพร่กระจายได้ด้วยแมสสเปกโตรเมทรีของ Penning trap ธรรมชาติ 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok ที่ English Q52, 2007. Bohr atom model [ภาพออนไลน์] มีจำหน่ายที่ https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg เข้าถึง 08 อาจ 2020
***
