Φυσικοί έχουν κάνει την πιο ακριβή μέτρηση της μάζας του πρωτονίου μέχρι σήμερα

Μια διεθνής ομάδα φυσικών από τη Γερμανία και την Ιαπωνία έχουν κάνει την πιο ακριβή μέτρηση της ατομικής μάζας του πρωτονίου. Το αποτέλεσμα είναι τρεις φορές πιο ακριβές σε σύγκριση με την τρέχουσα τιμή.

“Το πρωτόνιο είναι ο πυρήνας του ατόμου υδρογόνου και ένα από τα βασικά δομικά στοιχεία όλων των άλλων ατομικών πυρήνων”, αναφέρουν οι φυσικοί στη μελέτη τους η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Physical Review Letters.

“Η μάζα του πρωτονίου είναι μια σημαντική παράμετρος στην ατομική φυσική – είναι ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν το πώς τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον ατομικό πυρήνα. Αυτό αντανακλάται στα φάσματα, όπως για παράδειγμα τα χρώματα (μήκη κύματος), όπου τα τα άτομα μπορούν να απορροφήσουν και να εκπέμψουν και πάλι”.

“Συγκρίνοντας αυτά τα μήκη κύματος με τις θεωρητικές προβλέψεις, είναι δυνατόν να ελέγξουμε τις θεμελιώδεις φυσικές θεωρίες. Επιπλέον, ακριβείς συγκρίσεις των μαζών του πρωτονίου και του αντιπρωτονίου, μπορεί να βοηθήσουν στην κατανόηση της κρίσιμης διαφοράς μεταξύ ύλης και αντιύλης”.

Για να προσδιορίσουν με ακρίβεια τη μάζα ενός απλού πρωτονίου, οι φυσικοί έκαναν την εξαιρετικά ακριβή μέτρηση σε ένα προηγμένο σύστημα παγίδευσης Penning.

Οι παγίδες Penning είναι καλά αποδεδειγμένες ως κατάλληλες “ζυγαριές” για ιόντα. Σε μια τέτοια παγίδα, είναι δυνατόν να περιοριστούν, σχεδόν απεριόριστα, απλά φορτισμένα σωματίδια όπως ένα πρωτόνιο, για παράδειγμα, μέσω ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων.

Μέσα στην παγίδα, το παγιδευμένο σωματίδιο εκτελεί μια χαρακτηριστική περιοδική κίνηση σε μια συγκεκριμένη συχνότητα ταλάντωσης. Αυτή η συχνότητα μπορεί να μετρηθεί και η μάζα του σωματιδίου να υπολογιστεί από αυτήν. Προκειμένου να επιτευχθεί η στοχευμένη υψηλή ακρίβεια, απαιτήθηκε μια περίπλοκη τεχνική μέτρησης από τους φυσικούς.

Το ισότοπο άνθρακα 12C με μάζα 12 ατομικές μάζες, ορίζεται ως το πρότυπο μάζας για τα άτομα.

“Το χρησιμοποιήσαμε άμεσα για σύγκριση”, αναφέρουν επίσης οι φυσικοί στη μελέτη τους. “Αρχικά αποθηκεύσαμε το κάθε ένα πρωτόνιο και ένα ιόν άνθρακα (12C6+), σε ξεχωριστά διαμερίσματα της συσκευής παγίδευσης Penning, μεταφέροντας καθένα από τα δύο ιόντα στο κεντρικό διαμέρισμα μέτρησης, μετρώντας την κίνηση του”.

Από την αναλογία των δύο μετρημένων τιμών, οι φυσικοί εξήγαγαν τη μάζα του πρωτονίου απευθείας σε ατομικές μονάδες. Ο χώρος μέτρησης ήταν εξοπλισμένος με ειδικά σχεδιασμένα ηλεκτρονικά.

Η προκύπτουσα μάζα των μονάδων ατομικής μάζας πρωτονίου – 1,007276466583 (15) (29), είναι τρεις φορές ακριβέστερη από την τρέχουσα αποδεκτή τιμή.

Οι δύο αριθμοί που δίνονται σε παρένθεση είναι οι στατιστικές και συστηματικές αβεβαιότητες της μέτρησης, αντίστοιχα.

Παραπομπές

F. Heiße et al. High-Precision Measurement of the Proton’s Atomic Mass.Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.033001

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *