Penning trap misure di massa del deuterone e dello ione molecola HD +

Si dice che la massa del deuterone sia 0,1 miliardesimo di percento inferiore al valore memorizzato nella letteratura specialistica! Più di 100 anni dopo la scoperta del nucleo atomico, non è ancora chiaro quanto siano pesanti i singoli esemplari. Il gruppo di ricerca guidato da Sascha Rau del Max Planck Institute for Nuclear Physics di Heidelberg è riuscito a fare un eccellente "aggiornamento".

Immagine di origine: Istituto Max Planck di fisica nucleare

Le masse dei nuclei atomici più leggeri e la massa dell'elettrone sono collegate ei loro valori influenzano le osservazioni in fisica atomica, fisica molecolare e fisica dei neutrini, nonché in metrologia. I valori più accurati per questi parametri fondamentali provengono dalla spettrometria di massa di Penning Fallen, che raggiunge incertezze di massa relative dell'ordine di 10E (-11). Tuttavia, i controlli di ridondanza utilizzando i dati di vari esperimenti rivelano significative incongruenze nelle masse del protone, del deuterone e dell'elio (il nucleo dell'elio-3), suggerendo che l'incertezza di questi valori potrebbe essere stata sottovalutata.

Nell'articolo sulla natura (Vol 585 | 3 settembre 2020) i ricercatori presentano i risultati delle misurazioni della massa assoluta del deuterone e dello ione molecolare HD + utilizzando 12C come riferimento di massa. Il suo valore per la massa del deuterone, 2,013553212535 (17) unità di massa atomica, ha una precisione che è 2,4 volte migliore del valore CODATA e differisce da esso di 4,8 deviazioni standard. Con un'incertezza relativa di otto parti per trilione, questo è il valore di massa più preciso misurato direttamente in unità di massa atomica. Inoltre, la misurazione consente agli scienziati di determinare la massa dello ione molecola HD +, 3,021378241561 (61) unità di massa atomica, non solo un rigoroso controllo della coerenza dei loro risultati per le masse del deuterone e del protone, ma fornisce anche un ulteriore collegamento per le masse di trizio ed elio-3 all'unità di massa atomica. In combinazione con una recente misurazione del rapporto di massa tra deuterone e protone, l'incertezza del valore di riferimento della massa del protone può essere ridotta di un fattore tre.

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