Erstmalige erfolgreiche Messung der infinitesimalen Massenänderung einzelner Atome

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Quantensprung, der die Waage kipptEine neue Tür zur Quantenwelt hat sich geöffnet: Wenn ein Atom durch den Quantensprung eines Elektrons Energie aufnimmt oder abgibt, wird es schwerer oder leichter.

Dies lässt sich mit Einsteins Relativitätstheorie (E = mc2) erklären.

Der Effekt ist jedoch für ein einzelnes Atom verschwindend gering.

Dennoch ist es dem Team von Klaus Blaum und Sergej Elisejew am Max-Planck-Institut für Kernphysik gelungen, diese winzige Veränderung der Masse einzelner Atome erstmals erfolgreich zu messen.

Um dies zu erreichen, setzten sie am Heidelberger Institut die ultrapräzise Pentatrap-Atomwaage ein.

Das Team entdeckte einen bisher unbeobachteten Quantenzustand im Rhenium, der für zukünftige Atomuhren interessant sein könnte.

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Dieses äußerst empfindliche atomare Gleichgewicht ermöglicht vor allem ein besseres Verständnis der komplexen Quantenwelt der schweren Atome.Erstaunlich, aber wahr: Wenn man eine mechanische Uhr aufzieht, wird sie schwerer.

Dasselbe passiert, wenn Sie Ihr Smartphone aufladen.

Dies lässt sich durch die Äquivalenz von Energie (E) und Masse (m) erklären, die Einstein in der berühmtesten Formel der Physik ausdrückte: E = mc2 (c: Lichtgeschwindigkeit im Vakuum).

Dieser Effekt ist jedoch so gering, dass er sich unserer Alltagserfahrung völlig entzieht.

Ein konventionelles Gleichgewicht wäre nicht in der Lage, sie zu erkennen.Aber am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg gibt es eine Balance, die es kann: Pentatrap.

Es kann die winzige Änderung der Masse eines einzelnen Atoms messen, wenn ein Elektron über einen Quantensprung Energie aufnimmt oder abgibt, und eröffnet damit der Präzisionsphysik eine neue Welt.

Solche Quantensprünge in den Elektronenhüllen der Atome prägen unsere Welt – sei es bei der lebensspendenden Photosynthese und allgemeinen chemischen Reaktionen oder bei der Entstehung von Farbe und unserem Sehvermögen.

Eine Ameise auf dem Gipfel eines ElefantenRima Schüssler, jetzt Postdoc-Stipendiatin am Max-Planck-Institut für Kernphysik, hat seit Abschluss ihrer Masterarbeit im Jahr 2014 am Aufbau von Pentatrap mitgewirkt.

Sie ist Hauptautorin einer Arbeit über ein….

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