ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ માટે મેક્સ પ્લાન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટના સંશોધકોએ સફળતાપૂર્વક અસંખ્ય નાના ફેરફારોને માપ્યું છે. સમૂહ હાઇડલબર્ગમાં ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ખાતે અલ્ટ્રા-ચોક્કસ પેન્ટાટ્રેપ અણુ સંતુલનનો ઉપયોગ કરીને અંદર ઇલેક્ટ્રોનના ક્વોન્ટમ જમ્પ પછી વ્યક્તિગત અણુઓની સંખ્યા.
શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સમાં, 'સમૂહ' એ કોઈપણ પદાર્થની મહત્વપૂર્ણ ભૌતિક મિલકત છે જે બદલાતી નથી - 'ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે પ્રવેગક' ના આધારે વજન બદલાય છે પરંતુ સમૂહ સ્થિર રહે છે. દળની સ્થિરતાની આ ધારણા ન્યૂટોનિયન મિકેનિક્સમાં મૂળભૂત આધાર છે, જો કે, ક્વોન્ટમ વિશ્વમાં એવું નથી.
આઈન્સ્ટાઈનના સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતે સામૂહિક-ઊર્જા સમાનતાની કલ્પના આપી હતી જે મૂળભૂત રીતે સૂચિત કરે છે કે પદાર્થના સમૂહને હંમેશા સ્થિર રહેવાની જરૂર નથી; તેને ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે અને ઊલટું. આ આંતર-સંબંધ અથવા સમૂહ અને વિનિમયક્ષમતા ઊર્જા એકબીજામાં એ વિજ્ઞાનમાં એક કેન્દ્રિય વિચાર છે અને તે પ્રખ્યાત સમીકરણ E=mc દ્વારા આપવામાં આવે છે2 આઈન્સ્ટાઈનના સાપેક્ષતાના વિશેષ સિદ્ધાંતના વ્યુત્પન્ન તરીકે જ્યાં E એ ઊર્જા છે, m એ સમૂહ છે અને c એ શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ છે.
આ સમીકરણ E=mc2 સાર્વત્રિક રીતે સર્વત્ર રમતમાં છે પરંતુ નોંધપાત્ર રીતે જોવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, માં અણુ રિએક્ટર જ્યાં પરમાણુ વિભાજન અને ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન દળનું આંશિક નુકશાન ઉર્જાના વિશાળ જથ્થાને જન્મ આપે છે.
ઉપ-પરમાણુ વિશ્વમાં, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન એક 'થી' અથવા 'થી' કૂદી જાય છે કક્ષીય બીજામાં, બે ક્વોન્ટમ સ્તરો વચ્ચેના 'એનર્જી લેવલ ગેપ'ની સમકક્ષ ઊર્જાનો જથ્થો શોષાય છે અથવા છોડવામાં આવે છે. તેથી, સમૂહ-ઊર્જા સમાનતાના સૂત્ર સાથે અનુરૂપ, એકનું દળ Atom જ્યારે તે ઊર્જાને શોષી લે ત્યારે વધવું જોઈએ અને તેનાથી વિપરીત, જ્યારે તે ઊર્જા છોડે ત્યારે ઘટવું જોઈએ. પરંતુ અણુની અંદર ઇલેક્ટ્રોનના ક્વોન્ટમ સંક્રમણને પગલે અણુના દળમાં ફેરફાર માપવા માટે અત્યંત નાનો હશે; કંઈક જે અત્યાર સુધી શક્ય નથી. પરંતુ હવે નહીં!
ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ માટે મેક્સ પ્લાન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટના સંશોધકોએ પ્રથમ વખત વ્યક્તિગત અણુઓના સમૂહમાં આ અસંખ્ય નાના ફેરફારને સફળતાપૂર્વક માપ્યું છે, જે કદાચ ચોકસાઇ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઉચ્ચતમ બિંદુ છે.
આ હાંસલ કરવા માટે, મેક્સ પ્લાન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટના સંશોધકોએ હાઇડલબર્ગમાં ઇન્સ્ટિટ્યૂટમાં અતિ-ચોક્કસ પેન્ટાટ્રેપ અણુ સંતુલનનો ઉપયોગ કર્યો. પેન્ટાટ્રાપ 'ઉચ્ચ-ચોકસાઇ પેનિંગ ટ્રેપ માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર' માટે વપરાય છે, એક સંતુલન જે અંદર ઇલેક્ટ્રોનના ક્વોન્ટમ કૂદકાને પગલે અણુના દળમાં અનંત નાના ફેરફારોને માપી શકે છે.
પેન્ટાટ્રાપ આમ અણુઓની અંદર મેટાસ્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક અવસ્થાઓ શોધે છે.
રિપોર્ટમાં રેનિયમમાં જમીન અને ઉત્તેજિત અવસ્થા વચ્ચેના સામૂહિક તફાવતને માપીને મેટાસ્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક સ્થિતિના અવલોકનનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે.
***
સંદર્ભ:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. ન્યૂઝરૂમ – પેન્ટાટ્રેપ ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સ વચ્ચેના સમૂહમાં તફાવતને માપે છે. 07 મે 07, 2020 ના રોજ પોસ્ટ કરવામાં આવ્યું. અહીં ઓનલાઈન ઉપલબ્ધ https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 07 મે 2020 ના રોજ એક્સેસ.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. et al. પેનિંગ ટ્રેપ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી દ્વારા મેટાસ્ટેબલ ઈલેક્ટ્રોનિક અવસ્થાઓની તપાસ. પ્રકૃતિ 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. અંગ્રેજી Q52, 2007 પર JabberWok. બોહર એટમ મોડલ. [ઇમેજ ઓનલાઇન] પર ઉપલબ્ધ https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Nક્સેસ થયેલ 08 મે 2020.
***
