A kvantumelektrodinamika (QED) az elemi részecskék és kölcsönhatásaik leírásának standard modelljének elengedhetetlen része. Ezért rendkívül fontos annak tesztelése minden lehetséges forgatókönyvben.
Lötzsch és munkatársai az uránumot választották, hogy feltérképezzék a QED képességeit. Az uránum magjában 92 protont találunk, és ez a mag erőteljes elektromos mezőt hoz létre, majdnem egymilliószor erősebbet, mint a hidrogénmagé, és sokkal erősebbet, mint amit az emberi kéz alkotni képes. A kísérletek során az összes elektronjától megfosztott urániumot használtak, így egy iont, vagyis töltött részecskét hoztak létre. Ezt az urániumiont „uránium-hidrid-szerű”-nak nevezik, mert a héliumatomok normál esetben csak két elektronnal rendelkeznek.
Lötzsch és munkatársai kísérleteiket a németországi Darmstadtban található GSI Helmholtz Kutatóközpontban végezték, ahol felgyorsították az urániumionokat és rézfémlapra irányították őket. A réz eltaszította az összes elektront, kivéve egyet-egyet az ionokból. Az urániumionok elhaladtak nitrogén gázon, és elkapdostak egy másik elektront, így uránium-hidrid-szerűve alakultak, vagyis az urániummaghoz kötődve két elektronnal rendelkeztek. Ez a folyamat magasenergiatartalmú állapotban hagyta az urániumionok egyik elektronját. Ezek az elektronok gyorsan lecsökkentek energiaszintjeiken ugrálva. A kutatók az X-sugarak kibocsátásának mérése révén határozták meg ezeknek a változásoknak az energiáját.
Az irodalom által alátámasztott eredmények szerint az észlelt energia megegyezett a QED alapján történő előrejelzésekkel.
Erős elektromágneses területeken „a QED számításának módja teljesen megváltozik ahhoz képest, ahogyan gyenge területeken számolunk vele” – mondja Lötzsch a németországi Jena Friedrich Schiller Egyetemről. Általában a QED-számításoknak figyelembe kell venniük az elektronok kölcsönhatásait a „virtuális” részecskékkel, amelyek folyamatosan létrejönnek és elillannak a kvantumfizika szerint. Ez vonatkozik mind egyetlen ilyen jellegű kölcsönhatásra, mind kettő (vagy több) kölcsönhatásra. Az atommag körül erős elektromágneses területen a két kölcsönhatás hatásának kiszámítása bonyolultabbá válik. Nemcsak kissé módosítják a számításokat, mint a hidrogén vagy a hélium esetében, hanem az elektromos tér radikálisan megváltoztatja azokat. Emellett az uránium-hidrid-szerű esetében a két elektron kölcsönhatásait is kiszámítani kell.
A nagyon töltött ionok „ideális mini-laboratóriumok, amelyek lehetővé teszik számunkra a kvantumszinten működő fizikai alaptörvények jobb megértését”. Így az uránium-hidrid-szerű kísérletek új nézőpontot nyújtanak a kvantumelektrodinamikának az extrém körülmények közötti megértésében.
Definíciók:
– Kvantumelektrodinamika (QED) – az elemi részecskék közötti elektromágneses kölcsönhatásokat leíró elmélet.
– Részecskefizika standard modellje – az elemi részecskéket és kölcsönhatásaikat leíró elmélet.
– Atommag – egy atom része, amely protont és neutront tartalmaz.
– Elektromos tér – egy olyan terület, ahol elektromos erőhatások érvényesülnek.
– Ionok – töltött részecskék, amelyek akkor keletkeznek, ha egy atom elektront veszít vagy nyer.
– Kvantumfizika – a fizika ága, amely a részecskék viselkedését elemi szinten írja le.
Kapcsolódó linkek:
– Particule Physics Standard Model
– Kvantumelektrodinamika
The source of the article is from the blog crasel.tk