Решение сверхтонкой головоломки уже близко: измерения на ядрах висмута устраняют разрыв между экспериментом и теорией

Оптический спектр любого данного атома является результатом взаимодействия света и электронов внутри атомной оболочки. Сверхточные измерения могут даже выявить эффекты внутренней структуры атомного ядра, которые называются «сверхтонкой структурой». При измерении сверхтонкой структуры высокозарядных ионов с небольшим количеством оставшихся электронов исследователи из Технического университета Дармштадта обнаружили расхождение между теоретически предсказанными и экспериментально определенными расщеплениями: эти эмпирически наблюдаемые расхождения были названы «сверхтонкой головоломкой» и подняли вопрос как полностью ли понятно взаимодействие между несколькими электронами, связанными с атомным ядром, и самим ядром под влиянием преобладающих чрезвычайно сильных магнитных полей.

Следующим шагом к решению загадки было повторное определение силы магнитного поля внутри атомного ядра: теоретические предсказания сильно зависят от этого параметра, который должен быть определен экспериментально.Физики рабочих групп профессора Вильфрида Нортерсхаузера и профессора Михаэля Фогеля из Института ядерной физики и Института физики конденсированного состояния, соответственно, в Техническом университете Дармштадта сотрудничали, чтобы повторно измерить силу магнитного поля — так называется магнитным моментом — с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса, которая используется в медицине, где это называется МРТ. Он основан на том принципе, что атомные ядра обладают магнитным полем, если они, как и исследуемый изотоп висмута, имеют ядерный спин.

Северный и южный полюса ориентированы вдоль оси вращения и будут совмещены с осью магнитного поля внешнего магнитного поля. Ориентацию ядерных магнитов можно изменить, облучив исследуемые атомы радиоволнами соответствующей частоты, и этот эффект можно наблюдать. Частота радиоволн, на которых полюса меняют свое направление, зависит от магнитного момента. Измерение частоты позволяет определить значение магнитного момента.

Чтобы добиться этого, исследователи ввели водный раствор, обогащенный ионами висмута, на сверхпроводящий магнит и облучали его радиочастотами через небольшую катушку, пока они не зарегистрировали изменение полярности в ионах висмута.Проблема при этом состоит в том, что окружение ионов, то есть атомы, с которыми они связаны, а также жидкость, в которой они растворены, изменяют внешнее магнитное поле вблизи атомного ядра, что, в свою очередь, влияет на точное измерение магнитного момента.

Этот разрушительный эффект необходимо вычесть из расчета, для чего группа физиков-теоретиков из Санкт-Петербургского университета и Йенского института им. Гельмгольца провела узкоспециализированные квантово-теоретические расчеты. Стало очевидно, что при использовании растворов нитрата висмута эффект был намного больше, чем ожидалось ранее, а это означает, что измерения, проведенные с помощью растворов нитрата висмута, явно неадекватны.

Наконец, исследователи совершили прорыв, используя сложное металлоорганическое соединение, которое выделяет ионы гексафторидобисмутата (V) в органическом растворе. Ученые из Дармштадта получили поддержку от исследовательской группы, специализирующейся на химии фтора в Марбургском университете, которая произвела образец требуемого вещества.

Таким образом, можно было измерить гораздо более узкие резонансные кривые и сделать более точные утверждения о магнитном моменте ядра. Более того, с точки зрения квантовой теории, для этой системы можно выполнить гораздо более точные расчеты, чем это было возможно ранее для нитрата висмута.Исследователи использовали недавно вычисленное значение магнитного момента стабильного изотопа висмута и сделали теоретическое предсказание расщепления сверхтонкой структуры внутри высокозарядных ионов.

Полученные значения очень хорошо согласуются с результатами ранее опубликованных лазерно-спектроскопических измерений. «Было бы слишком рано утверждать, что это представляет собой полное решение сверхтонкой головоломки», — поясняет профессор Вильфрид Нортерсхаузер из Дармштадтского института ядерной физики. «тем не менее, это, безусловно, значительная часть решения. Дальнейшие эксперименты все еще необходимы для достижения полной ясности в отношении взаимодействия между атомным ядром и оболочкой и, следовательно, для проверки теоретических предсказаний природы квантовой механики в очень высокой степени. сильные поля ". Чтобы лучше понять комплексное влияние электронной оболочки на измерения ядерных магнитных моментов, ученые из Технического университета Дармштадта теперь хотят проводить измерения ядерных магнитных моментов на атомных ядрах с одним связанным электроном или без электронной оболочки вообще.

По словам Нортерсхаузера, такие эксперименты готовятся в Центре исследований тяжелых ионов GSI им. Гельмгольца в Дармштадте с привлечением также других рабочих групп из Технического университета Дармштадта.


4 комментария к “Решение сверхтонкой головоломки уже близко: измерения на ядрах висмута устраняют разрыв между экспериментом и теорией”

  1. Куклов Семён

    читаю комменты одни алени только в шоке! Как так? Вам что мама с папой не обьясняли что так и будет?

  2. Официально не будут,будут пакостить по мелкому,задерживать проход. На снабжении Сирии не отразится пострадают гражданские.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *