Un gruppo di ricerca internazionale ha condotto con successo misurazioni spettroscopiche a raggi X ultra precise dell'uranio simile all'elio. Il team, che comprende ricercatori dell'Università Friedrich Schiller di Jena e dell'Istituto Helmholtz di Jena (entrambi in Germania), ha ottenuto risultati che dimostrano il loro successo nel districare e testare separatamente effetti elettrodinamici quantistici a due circuiti e due elettroni per risultati Coulomb estremamente forti. campi dei nuclei più pesanti per la prima volta.
I ricercatori hanno ora pubblicato i loro risultati sulla rivista Nature .
L’articolo pubblicato descrive in dettaglio la ricerca di base sull’annosa questione di ciò che tiene insieme il nostro mondo a livello più interno. Il dottor Robert Lötzsch, fisico sperimentale presso l'Istituto di ottica ed elettronica quantistica dell'Università di Jena, afferma che la particolarità di questo progetto è che le misurazioni sono state condotte sugli atomi stabili più pesanti.
"Quando misuriamo un atomo di idrogeno, che ha il numero atomico uno, possiamo misurare con precisione le transizioni elettroniche fino a 13 cifre decimali", afferma il dott. Lötzsch. Spiega che per l'uranio, che ha il numero atomico 92, sono state effettuate misurazioni precise fino a cinque cifre decimali.
La misurazione si concentra sulla transizione tra orbite diverse. Gli esperimenti hanno avuto luogo presso l’anello di stoccaggio sperimentale GSI/FAIR a Darmstadt, un complesso di acceleratori di particelle utilizzato da diversi paesi europei. Nelle recenti misurazioni hanno partecipato gruppi di studio provenienti da Polonia, Francia, Portogallo e Germania, guidati da Martino Trassinelli e Robert Lötzsch. Il complesso di Darmstadt comprende un anello di stoccaggio ionico con una circonferenza di oltre 100 metri e un acceleratore a monte che si estende per oltre un chilometro.
Lötzsch descrive l'esperimento come segue:Innanzitutto vengono prodotti ioni liberi. Per raggiungere questo obiettivo, l’uranio viene vaporizzato e quindi notevolmente accelerato fino a circa il 40% della velocità della luce. Il materiale risultante viene quindi fatto passare attraverso una pellicola speciale, perdendo elettroni nel processo. Gli elettroni accelerati vengono poi guidati in un anello di accumulazione, dove corrono su un percorso circolare.
"Le particelle lampeggiano davanti ai nostri spettrometri fino a 50 milioni di volte al secondo e, occasionalmente, c'è una transizione elettronica che possiamo misurare utilizzando uno spettrometro", afferma Lötzsch. Lo speciale spettrometro a cristalli di Bragg utilizzato nell'esperimento è stato costruito a Jena.
Il fulcro dello spettrometro, spiega Lötzsch, è un cristallo appositamente piegato realizzato con l'elemento germanio. "Questo cristallo è sottile come un foglio di carta ed è contenuto in uno speciale stampo di vetro", spiega Lötzsch. Questa tecnica richiede una notevole esperienza ed è stata sviluppata a Jena. La ricerca sullo sviluppo di tali dispositivi di misurazione è in corso da oltre 30 anni.
I risultati pubblicati dal gruppo di ricerca sono il risultato di un esperimento condotto nel 2021. I test sono stati eseguiti per tre settimane nel periodo pasquale in condizioni complicate dalla pandemia di COVID-19. Tuttavia, Lötzsch ritiene che i risultati valgano lo sforzo.
"Abbiamo testato con successo se la nostra comprensione teorica si applica anche a questa nicchia esotica di materiali", spiega. I risultati, afferma, contribuiranno quindi ad approfondire la nostra comprensione di ciò che "tiene insieme il mondo ai livelli più intimi".
Ulteriori informazioni: R. Loetzsch et al, Test dell'elettrodinamica quantistica in campi estremi utilizzando uranio simile all'elio, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06910-y
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dall'Università Friedrich Schiller di Jena
