MIT Atomphysiker haben eine Technik, die die Massen der einzelnen geladenen Atomen vergleicht mit bisher unerreichter Genauigkeit-ähnlich Messung der Entfernung zwischen Boston und Los Angeles, um innerhalb der Breite eines menschlichen Haares entwickelt. Die Studie, die in Science Express veröffentlicht, berichtet das Verhältnis der Massen von Stickstoff und Acetylen-Moleküle mit einer Genauigkeit von weniger als 1 Teil in 100 Milliarden Euro. Die Arbeit von David E. Pritchard, den Cecil und Ida Professor für Physik und einer der leitenden Forscher des MIT-Harvard Center for ultrakalten Atomen geführt, öffnet die Tür zu zahlreichen Anwendungen, einschließlich Tests E = mc 2 und einem Gewicht von chemischen Bindungen für schwach gebunden oder sehr selten Ionenarten. Pritchard, auch mit MIT-Labor für Elektronik angeschlossen, und die Mitglieder seiner Gruppe wurden ein führendes Unternehmen im Bereich der hochpräzisen Massenspektrometrie für mehr als 10 Jahren. Sie haben Methoden zu fangen und zu erkennen, ein einziges geladenes Atom, als Ion bekannt, mehr als einen Monat in einer Zeit entwickelt. Sie haben diese Methode benutzt, um die Atommassen von 13 verschiedenen Atomen von Wasserstoff zu Cäsium mit einer Unsicherheit von etwa 1 Teil in 10 Milliarden veröffentlichen. Atommasse ist durch einen Vergleich der Preise gemessen an dem verschiedene molekulare Ionen Orbit magnetischen Feldlinien in einer magnetischen Falle. Die Präzision dieser weit verbreiteten Technik wurde von Veränderungen, die in das Magnetfeld in den Minuten benötigt, um die beiden Ionen im Vergleich Switch aufgetreten begrenzt. Die MIT-Labor hatte seine eigene besondere Herausforderung: Magnetfeld Variationen von einem nahe gelegenen U-Bahn-Linie verursacht. Die Gruppe war gezwungen, alle Messungen 1.30 bis 05.30 Uhr, wenn die U-Bahn und Aufzüge in ihrem Gebäude wurden geschlossen tun. In diesen letzten Versuchen, legen Sie die Pritchard Gruppe zum ersten Mal zwei Ionen in der Falle zur gleichen Zeit. Bisher waren dazu erzeugt Probleme, wenn die beiden Ionen kam zu nah beieinander liegen und erzeugt störende elektrostatische Wechselwirkungen. Die Forscher überwand dieses Hindernis, indem die Ionen von 1 mm in einer gemeinsamen Kreisbahn. In dieser Konfiguration werden die Ionen in der Falle wie ein Walzer Paar. "Sie rund um Spin auf der Tanzfläche, immer einen festen Abstand zueinander", sagte Simon Rainville, der erste Autor des Papiers und ein Postdoktorand an der Harvard University. Die Forscher nutzten die gekoppelte Bewegung zur Überwachung und Steuerung der Bahnen der Ionen in der Falle. Die neue Technik, ähnlich wie mit einem Gewicht ausgewogene Skala wie die einst für Fleisch oder produzieren verwendet werden, erhöht sich die Präzision, mit der Atommassen gemessen werden kann. Und dank einer neuen, hoch automatisierten EDV-System, sind Massen in der MIT-Labor 24 Stunden am Tag gemessen. Das Feld hat sich seit dem 19. Jahrhundert fortgeschritten, als der italienische Chemiker Amadeo Avogadro zunächst festzustellen, dass Gase bei gleicher Temperatur und Druck in ein bestimmtes Volumen Verhältnissen kombiniert, und gleiche Volumina der Gase hatten die gleiche Anzahl von Molekülen. Durch Wiegen der Volumina von Gasen, konnte er bestimmen, die Verhältnisse ihrer Atommassen. Im frühen 20. Jahrhundert, Pritchard angemerkt, Masse Vergleiche der atomaren Spezies hatten eine Genauigkeit von etwa 1 Teil in 1000, und wenn er arbeitet auf dem Gebiet begann, war der Stand der Technik ein paar Teile in 100 Millionen Euro. Heute hat die Präzision mehreren Teilen in einer Billion erreicht. "In einer logarithmischen Sinn, wir haben fast so viel Fortschritt wie in der gesamten bisherigen Geschichte der Massenspektrometrie gemacht", sagte er. Neben Pritchard und Rainville gehören Autoren James Thompson, ein Postdoktorand am MIT. |