Os pesquisadores do Instituto Max Planck de Física Nuclear mediram com sucesso mudanças infinitamente pequenas na massa de átomos individuais após saltos quânticos de elétrons usando a ultraprecisa balança atômica Pentatrap no Instituto em Heidelberg.
Na mecânica clássica, o 'massa'é uma propriedade física importante de qualquer objeto que não muda - o peso muda dependendo da 'aceleração devido à gravidade', mas o massa permanece constante. Esta noção de constância de massa é uma premissa básica na mecânica newtoniana, mas não no mundo quântico.
A teoria da relatividade de Einstein deu a noção de equivalência massa-energia que basicamente implicava que a massa de um objeto não precisa permanecer sempre constante; pode ser convertido em (uma quantidade equivalente de) energia e vice-versa. Esta inter-relação ou intercambialidade de massa e energia entre si é um dos pensamentos centrais da ciência e é dado pela famosa equação E = mc2 como um derivado da teoria da relatividade especial de Einstein, onde E é a energia, m é a massa ec é a velocidade da luz no vácuo.
Esta equação E = mc2 está em jogo universalmente em todos os lugares, mas é observado de forma significativa, por exemplo, em atômico reatores onde a perda parcial de massa durante as reações de fissão nuclear e fusão nuclear dá origem a uma grande quantidade de energia.
No mundo subatômico, quando um elétron salta “para” ou “de” um orbital para outro, uma quantidade de energia equivalente à “lacuna de nível de energia” entre os dois níveis quânticos é absorvida ou liberada. Portanto, de acordo com a fórmula de equivalência massa-energia, a massa de um átomo deve aumentar quando absorve energia e, inversamente, deve diminuir quando libera energia. Mas a mudança na massa de um átomo seguindo as transições quânticas dos elétrons dentro do átomo seria extremamente pequena para medir; algo que não foi possível até agora. Mas não mais!
Os pesquisadores do Instituto Max Planck de Física Nuclear mediram com sucesso essa mudança infinitesimalmente pequena na massa dos átomos individuais pela primeira vez, possivelmente o ponto mais alto da física de precisão.
Para conseguir isso, os pesquisadores do Instituto Max Planck usaram o equilíbrio atômico ultrapreciso do Pentatrap no Instituto em Heidelberg. PENTATRAPA significa 'espectrômetro de massa Penning de alta precisão', um equilíbrio que pode medir mudanças infinitesimamente pequenas na massa de um átomo após saltos quânticos de elétrons dentro dele.
PENTATRAP, portanto, detecta estados eletrônicos metaestáveis dentro de átomos.
O relatório descreve a observação de um estado eletrônico metaestável medindo a diferença de massa entre os estados fundamental e excitado no Rênio.
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Referências:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Redação - O Pentatrap mede as diferenças de massa entre os estados quânticos. Postado em 07 de maio de 07. Disponível online em https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Acessado em 07 de maio de 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. Detecção de estados eletrônicos metaestáveis por espectrometria de massa com armadilha de Penning. Nature 581, 42-46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok em inglês Q52, 2007. Modelo de átomo de Bohr. [imagem online] Disponível em https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg 08 acessado em maio 2020.
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