Mae'r ymchwilwyr yn Sefydliad Max Planck ar gyfer Ffiseg Niwclear wedi llwyddo i fesur newid bach anfeidrol yn y màs o atomau unigol yn dilyn neidiau cwantwm o electronau oddi mewn trwy ddefnyddio cydbwysedd atomig Pentatrap tra manwl gywir yn y Sefydliad yn Heidelberg.
Mewn mecaneg glasurol, mae'r 'màs' yn briodwedd ffisegol bwysig unrhyw wrthrych nad yw'n newid - mae'r pwysau'n newid yn dibynnu ar 'gyflymiad oherwydd disgyrchiant' ond y màs yn aros yn gyson. Mae'r syniad hwn o gysondeb màs yn gynsail sylfaenol ym mecaneg Newtonaidd, fodd bynnag, nid felly yn y byd cwantwm.
Rhoddodd theori perthnasedd Einstein y syniad o gywerthedd màs-ynni a oedd yn awgrymu yn y bôn nad oes angen i fàs gwrthrych aros yn gyson bob amser; gellir ei drawsnewid yn egni (cyfwerth o) ac i'r gwrthwyneb. Mae hyn yn rhyng-berthynas neu interchangeability o màs a ynni i mewn i'w gilydd mae meddwl canolog mewn gwyddoniaeth ac fe'i rhoddir gan yr hafaliad enwog E=mc2 fel deilliad o ddamcaniaeth arbennig Einstein o berthnasedd lle mae E yn egni, m yw màs ac c yw buanedd golau mewn gwactod.
Mae'r hafaliad hwn E=mc2 yn chwarae yn gyffredinol ym mhobman ond yn cael ei arsylwi yn sylweddol, er enghraifft, yn atomig adweithyddion lle mae colli màs yn rhannol yn ystod ymholltiad niwclear ac adweithiau ymasiad niwclear yn achosi llawer iawn o egni.
Yn y byd is-atomig, pan fydd electron yn neidio 'i' neu 'o' un orbital i un arall, mae swm o egni sy'n cyfateb i 'bwlch lefel ynni' rhwng y ddwy lefel cwantwm yn cael ei amsugno neu ei ryddhau. Felly, yn unol â fformiwla cywerthedd màs-ynni, mae màs an atom Dylai gynyddu pan fydd yn amsugno ynni ac i'r gwrthwyneb, dylai leihau pan fydd yn rhyddhau ynni. Ond byddai'r newid ym màs atom yn dilyn trawsnewidiadau cwantwm o electronau o fewn yr atom, yn fach iawn i'w fesur; rhywbeth nad yw wedi bod yn bosibl hyd yn hyn. Ond nid mwyach!
Mae'r ymchwilwyr yn Sefydliad Max Planck ar gyfer Ffiseg Niwclear wedi llwyddo i fesur y newid bach anfeidrol hwn ym màs atomau unigol am y tro cyntaf, o bosibl y pwynt uchaf mewn ffiseg drachywiredd.
I gyflawni hyn, defnyddiodd yr ymchwilwyr yn Sefydliad Max Planck y cydbwysedd atomig Pentatrap tra-fanwl yn y Sefydliad yn Heidelberg. PENTATRAP yn golygu 'sbectromedr màs trap Penning manwl uchel', cydbwysedd sy'n gallu mesur newidiadau anfeidrol fychan ym màs atom yn dilyn neidiau cwantwm o electronau oddi mewn.
Mae PENTATRAP felly'n canfod cyflyrau electronig metasefydlog o fewn atomau.
Mae'r adroddiad yn disgrifio arsylwi cyflwr electronig metasefydlog trwy fesur y gwahaniaeth màs rhwng y ddaear a chyflyrau cynhyrfus yn Rhenium.
***
Cyfeiriadau:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Ystafell Newyddion – Mae Pentatrap yn mesur gwahaniaethau mewn màs rhwng cyflyrau cwantwm. Wedi'i bostio ar 07 Mai 07, 2020. Ar gael ar-lein yn https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Cyrchwyd ar 07 Mai 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Canfod cyflyrau electronig metastabl gan sbectrometreg màs trap Penning. Natur 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok yn Saesneg C52, 2007. Bohr atom model. [delwedd ar-lein] Ar gael yn https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Cyrchwyd 08 Mai 2020.
***
