Mittaus- ja kuvaustarkkuuden ennätyksiä

Michigan State Universityn (MSU) kansallinen suprajohtava syklotronilaboratorio (NSCL) ja harvinaisten isotooppisäteiden laitos (FRIB) ovat ratkaisseet ydintasoisen mysteerin teoreetikkojen ja kokeellisten yhteistyön ansiosta ja Albert Einsteinin avustuksella.

Näistä laitoksista koottu ryhmä tutkijoita on ratkaissut zirkonium-80:stä laskelmien mukaan puuttuvan massan arvoituksen.

Kokeilijat osoittivat, että zirkonium-80, jonka ytimessä on 40 protonia ja 40 neutronia - on odotettua kevyempi. Tutkijat ovat mitanneet tämän massan aiemminkin, mutta eivät koskaan näin tarkasti", Alec Hamaker sanoo. "Ja se paljasti mielenkiintoista fysiikkaa."

"Kun teemme massamittauksia näin tarkalla tasolla, mittaamme itse asiassa puuttuvan massan määrän", FRIB:n Ryna Ringle sanoi. "Ytimen massa ei ole vain sen protonien ja neutronien massojen summa. Se puuttuva ilmenee energiana, joka pitää atomin ytimen koossa."

Tässä yksi tieteen tunnetuimmista yhtälöistä auttaa selittämään asioita. Albert Einsteinin mallissa E = mc2, E tarkoittaa energiaa ja m massaa. Tämä tarkoittaa, että massa ja energia ovat samanarvoisia, vaikka tämä näkyy vain äärimmäisissä olosuhteissa, kuten tämän atomin ytimessä.

Tähän asti subatomisten rakenteiden havainnointi ei ole ollut suorien kuvantamismenetelmien resoluution rajoissa mahdollista. Tšekkiläiset tiedemiehet ovat kuitenkin esittäneet menetelmän, jolla he havaitsivat ensimmäisenä maailmassa epähomogeenisen elektronivarauksen jakautumisen halogeeniatomin ympärillä.

Ensimmäiseen mustan aukon havainnointiin verrattava läpimurto helpottaa yksittäisten atomien tai molekyylien välisten vuorovaikutusten sekä kemiallisten reaktioiden ymmärtämistä ja avaa tien erilaisten fysikaalisten, biologisten ja kemiallisten järjestelmien materiaalien ja rakenteellisten ominaisuuksien jalostukseen.

Tutkijat paransivat Kelvin voimamikroskopian herkkyyttä ksenonatomilla niin, että he pystyivät visualisoimaan niin kutsutun sigma-aukon todellisen tilan ja vahvistaen sen teoreettisen ennusteen.

Princetonin ja Texasin Austinin yliopistojen sekä ExxonMobilin tutkijat ovat kehittyneiden mikroskopiatekniikoiden avulla selvittäneet yksittäisen kemiallisen sidoksen katkeamiseen liittyvän voiman hiiliatomin ja rauta-atomin välillä eri molekyyleissä.

Yksittäisen kovalenttisen sidoksen katkaisuun käytettiin kosketuksetonta atomivoimamiroskopiaa. Sidos rikkoutui koettimen kärkien mekaanisten voimien vaikutuksesta; prosessi mitattiin kvantitatiivisesti ja karakterisoitiin sekä kokeellisesti että kvanttipohjaisten simulaatioiden avulla.

"Se tosiasia, että voimme tutkia kyseistä sidosta sekä vetämällä että puskemalla, antaa meille mahdollisuuden ymmärtää enemmän tällaisten sidosten luonteesta, niiden vahvuudesta ja siitä miten ne ovat vuorovaikutuksessa. Näillä tiedoilla on kaikenlaisia vaikutuksia, erityisesti katalyyseissä", toteaa professori Craig Arnold.

Erilaisilla anturikärjillä rikkoutumisen saatiin aikaan 150 pikonewtonin vetovoimalla ja 220 pikonewtonin hylkimisvoimalla.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttilämpöä ja kvanttilomittumista mittaillen

Kvanttitason mittauksia

Nobel-fyysikot Helsingissä