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明升网址:原子钟在日常生活和科学研究中非常重要

时间:2020/5/19 9:46:57   作者:   来源:   阅读:0   评论:0
内容摘要:最近,由马克斯·普朗克核物理研究所的科学家领导的国际科研团队成功地测量了发生电子跃迁时单个原子质量的微小变化。这种新方法使开发新的,更精确的原子钟成为可能,并开辟了全新的方式以更好地了解原子内部。高电荷离子是未来原子钟开发的理想选择之一原子钟在日常生活和科学研究中非常重要。它使用...
最近,由马克斯·普朗克核物理研究所的科学家领导的国际科研团队成功地测量了发生电子跃迁时单个原子质量的微小变化。这种新方法使开发新的,更精确的原子钟成为可能,并开辟了全新的方式以更好地了解原子内部。

高电荷离子是未来原子钟开发的理想选择之一


原子钟在日常生活和科学研究中非常重要。它使用原子内部的电子在两个能级之间跳跃时发出的电磁波作为标准,以控制和校准电子振荡器以达到准确的时间。

与原子相比,高电荷离子的外电子与原子核的结合更牢固,对外部电场的波动较不敏感,并且狭义相对论和量子电动力学的影响更为显着。因此,高电荷离子是将来开发更精确的原子钟的理想选择之一。

然而,由于复杂的内部结构,很难确定适合于高电荷离子中原子钟的电子跃迁,并且常用的光谱方法来测量这种跃迁还不够准确。

现在,由马克斯·普朗克核物理研究所的克劳斯·布洛姆教授和谢尔盖·伊利谢耶夫博士领导的国际研究小组,包括来自俄罗斯,法国,日本和澳大利亚的科学家,使用了高精度的Pentatrap质谱仪(Pentatrap),成功测量了measured离子的基态和激发态之间的极小质量差。根据爱因斯坦的质量能方程E = mc2,粒子的能态变化也将反映在其质量变化中。科学家们在高电荷的ion离子中发现了一种长寿命的亚稳态电子态,并直接确定了其电子激发能。结果与高级计算一致。

提供了测量高电荷离子的跃迁能的可能性

马克斯·普朗克核物理研究所的里马·舒斯勒博士及其同事将通常含有75个电子的rh原子制备成缺乏29个电子的高电荷charged离子,然后将其引入Pentatrap的潘宁阱中。这些rh离子之一保持在最低能态,即基态,另两个通过软X射线使其能量进入激发态。在磁场和特殊形状的电场的作用下,高电荷的rh离子沿着Penning阱中的圆形轨道移动。类似于在空中用绳子旋转的球,在相同的力下,较重的球比较轻的球旋转得慢。 Pentatrap可以准确地计算出不同different离子在每单位时间内的包裹数,包裹数的差异反映了重量的增加。

舒斯勒博士做了一个非常生动的比喻,相当于``通过称重六吨重的大象,我们可以确定是否有十毫克的蚂蚁在上面爬行。''使用他们的Pentatrap,科学家可以证明that离子已经转变为亚稳态量子态,寿命约为130天。这种转变需要202电子伏特的转变能。但是,this离子的这种量子态不适用于原子钟,因为它需要X射线激发。但是,使用Pentatrap的质量测量方法来专门搜索需要较少活化能的高电荷离子中的进一步能量跃迁,将使具有此类离子的高精度原子钟变得越来越可行。

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