Configuración experimental. Dos espectrómetros de Bragg (solo el exterior en la figura) se colocan cerca del punto de interacción entre el haz de iones y el objetivo del chorro de gas del ESR. A, los rayos X emitidos en ángulos ligeramente diferentes tienen diferentes valores de energía debido al efecto Doppler relativo correspondiente a diferentes ángulos de Bragg. Esto da como resultado una línea espectral inclinada en el CCD (d). B, También se muestra la posición de la fuente de fluorescencia de zinc retráctil junto con el tubo de rayos X utilizado para activarla. La correspondiente línea espectral reflectante de segundo orden no tiene pendiente. C, diagrama ESR que indica la posición de los dos espectrómetros (adaptado de la ref. 46). d, Líneas espectrales detectadas por el espectrómetro externo correspondientes a diferentes transiciones dentro de la capa y Zn Kα1,2 Líneas de fluorescencia (abajo a la derecha). El eje horizontal (eje x) corresponde al eje de dispersión proporcional a la energía de traslación. Todas las imágenes se adquieren utilizando un factor de 8 a partir de los datos originales. crédito: naturaleza (2024). doi: 10.1038/s41586-023-06910-y
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Configuración experimental. Dos espectrómetros de Bragg (solo el exterior en la figura) se colocan cerca del punto de interacción entre el haz de iones y el objetivo del chorro de gas del ESR. A, los rayos X emitidos en ángulos ligeramente diferentes tienen diferentes valores de energía debido al efecto Doppler relativo correspondiente a diferentes ángulos de Bragg. Esto da como resultado una línea espectral inclinada en el CCD (d). B, También se muestra la posición de la fuente de fluorescencia de zinc retráctil junto con el tubo de rayos X utilizado para activarla. La correspondiente línea espectral reflectante de segundo orden no tiene pendiente. C, diagrama ESR que indica la posición de los dos espectrómetros (adaptado de la ref. 46). d, Líneas espectrales detectadas por el espectrómetro externo correspondientes a diferentes transiciones dentro de la capa y Zn Kα1,2 Líneas de fluorescencia (abajo a la derecha). El eje horizontal (eje x) corresponde al eje de dispersión proporcional a la energía de traslación. Todas las imágenes se adquieren utilizando un factor de 8 a partir de los datos originales. crédito: naturaleza (2024). doi: 10.1038/s41586-023-06910-y
Un equipo de investigación internacional ha realizado con éxito mediciones espectroscópicas de rayos X de ultraresolución de uranio similar al helio. El equipo, que incluye investigadores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y del Instituto Helmholtz de Jena (ambos en Alemania), ha logrado resultados que demuestran que han deconstruido y probado con éxito por separado los efectos electrodinámicos cuánticos de un electrón, dos anillos y dos electrones de el extremadamente fuerte Coulomb. Por primera vez esferas de núcleos más pesados.
Los investigadores ahora publicado Sus resultados se publican en la revista. naturaleza.
El artículo publicado detalla la investigación básica sobre la antigua cuestión de qué mantiene unido a nuestro mundo en el nivel más profundo. Lo especial de este proyecto es que las mediciones se realizaron en los átomos estables más pesados, afirma el Dr. Robert Loch, físico experimental del Instituto de Óptica y Electrónica Cuánticas de la Universidad de Jena.
«Al medir un átomo de hidrógeno, que tiene el número atómico uno, podemos medir las transferencias de electrones con precisión hasta 13 decimales», dice el Dr. Loach. Explica que para el uranio, que tiene el número atómico 92, se han realizado mediciones precisas con cinco decimales.
La medición se centra en la transición entre diferentes órbitas. Los experimentos se llevaron a cabo en el Anillo de Almacenamiento Experimental GSI/FAIR en Darmstadt, un complejo de aceleradores de partículas utilizado por varios países europeos. En las recientes mediciones participaron grupos de estudio de Polonia, Francia, Portugal y Alemania bajo la dirección de Martino Tracinelli y Robert Loach. El complejo de Darmstadt incluye un anillo de almacenamiento de iones de más de 100 metros de circunferencia y un acelerador de corriente de más de un kilómetro.
Loach describe el experimento de la siguiente manera: Primero se producen iones libres. Para lograrlo, el uranio se vaporiza y luego se acelera drásticamente hasta aproximadamente el 40% de la velocidad de la luz. Luego, el material resultante pasa a través de una película especial, perdiendo electrones en el proceso. Luego, los electrones acelerados se dirigen a un anillo de almacenamiento, donde corren siguiendo una trayectoria circular.
«Nuestro espectrómetro hace brillar las partículas a una velocidad de hasta 50 millones de veces por segundo y, a veces, hay una transferencia electrónica que podemos medir con el espectrómetro», dice Loach. El espectrómetro de cristal Raj utilizado en el experimento se construyó en Jena.
El cristal curvado fue desarrollado especialmente en Jena.
La columna vertebral del espectrómetro es un cristal especialmente curvado hecho del elemento germanio, explica Loach. «Este cristal es tan delgado como una hoja de papel y se coloca en un molde de vidrio especial», dice Loach. Esta técnica requiere una gran experiencia y fue desarrollada en Jena. Desde hace más de 30 años se investiga el desarrollo de estos dispositivos de medición.
Los resultados publicados por el grupo de investigación son fruto de un experimento realizado en 2021. Las pruebas continuaron durante tres semanas durante Semana Santa en condiciones complicadas por la pandemia de Covid-19. Sin embargo, Loach cree que los resultados merecen el esfuerzo.
«Hemos probado con éxito si nuestros conocimientos teóricos también se aplican a este material exótico», explica. Por lo tanto, los hallazgos ayudarán a avanzar en nuestra comprensión de lo que «mantiene unido al mundo en los niveles más profundos», afirma.
más información:
R. Loetzsch et al., Pruebas de electrodinámica cuántica en campos extremos utilizando uranio similar al helio, naturaleza (2024). doi: 10.1038/s41586-023-06910-y
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