Mark Raizen (University of Texas at Austin) predlaže eksperimentalni test koji proverava da li su atomi iste vrste zaista neodvojivi ili imaju sitne, merljive razlike. Metod koristi laserom hlađenje i zarobljavanje izotopa u preciznom atomskom satu kako bi se detektovao nuklearni magnetni moment. Eksperiment se oslanja na decenije Raizenovog rada u NIST-u i na tehnike separacije izotopa koje imaju primenu u medicini. Nezavisno od ishoda, testira se temeljna pretpostavka moderne fizike.
Da li su atomi zaista identični? Novi eksperimentalni test predložen od Marka Raizena
Jedna od temeljnih pretpostavki moderne fizike glasi da su atomi iste vrste neodvojivi: ako dva atoma imaju isti broj protona, neutrona i elektrona, oni bi trebalo da se ponašaju i izgledaju identično. Ta ideja je osnova naše teorije materije i podržava oblasti koje zavise od preciznosti i predvidljivosti, poput kvantnog računarstva i atomske metrologije. Međutim, ta pretpostavka do sada nije bila podvrgnuta direktnom, ekstremno preciznom eksperimentalnom testu.
U nedavnom radu objavljenom u Physics Letters B, fizičar Mark Raizen (University of Texas at Austin) predlaže seriju eksperimenata dizajniranih da prvi put otkriju eventualne, izuzetno male razlike među naizgled identičnim atomima.
Kako bi eksperimenti funkcionisali
Raizenov plan koristi tehnike laserom hlađenih i zarobljenih izotopa unutar izuzetno preciznog atomsog sata. Time bi istraživači mogli da prate sitne razlike u energetskim nivoima i u magnetnom polju koje stvara vrteći nukleus — tzv. nuklearni magnetni moment. Male, merljive razlike u tim svojstvima bi ukazale na to da atomi iste vrste ipak nisu potpuno neodvojivi.
Predloženi eksperimenti oslanjaju se na decenije Raizenovog rada na kontroli i manipulaciji zarobljenih čestica, počevši od njegovih doprinosa u NIST-u, gde je razvijan način hlađenja i zarobljavanja niza naelektrisanih atoma „kao bisere na ogrlici“. Te metode kasnije su dovele do efikasnijih procedura separacije izotopa — tehnologije koja ima značajne primene u medicinskoj dijagnostici i tretmanima zračenjem.
Značaj i moguće posledice
Preispitivanje same pretpostavke neodvojivosti atoma predstavlja primer kako teorija i eksperiment treba da napreduju zajedno. Ako bi eksperiment otkrio merljive razlike između atoma iste vrste, to bi imalo dalekosežne posledice za temeljne principe kvantne statistike i neke praktične primene koje se oslanjaju na identičnost čestica. Ako pak rezultati potvrde da su atomi nedeljivi do granica detekcije, to će dodatno ojačati postojeće teorijske osnove.
„Volimo da teorija i eksperimenti idu rame uz rame,“ kaže Raizen. „Ovo pitanje nikada ranije nije bilo eksperimentalno testirano, i upravo zbog toga meni izgleda posebno interesantno.“
Christian Sanner (Colorado State University), koji nije bio uključen u rad, ističe analogiju: poređenje dva atoma iste vrste može delovati kao poređenje dva ista modela automobila — na prvi pogled identični, ali preciznim merenjem mogu se pronaći sitne razlike. Bez obzira na ishod, takvi eksperimenti su suštinski za napredak nauke.
Šta očekivati dalje: naredni koraci obuhvataju realizaciju predloženih procedura u laboratoriji i testiranje granica osetljivosti atomske tehnologije. Rezultati će ponuditi jedinstvenu proveru temeljnih pretpostavki koje stoje iza moderne fizike čestica i materije.
Pomozite nam da budemo bolji.
