Un equipo de investigación internacional ha realizado con éxito mediciones espectroscópicas de rayos X ultraprecisas 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 su éxito al desenredar y probar por separado efectos electrodinámicos cuánticos de un electrón, dos bucles y dos electrones para resultados de Coulomb extremadamente fuertes. campos de los núcleos más pesados por primera vez.
Los investigadores han publicado sus resultados en la revista Nature. .
El artículo publicado detalla la investigación básica sobre la antigua cuestión de qué mantiene unido a nuestro mundo en el nivel más interno. El Dr. Robert Lötzsch, físico experimental del Instituto de Óptica y Electrónica Cuántica de la Universidad de Jena, afirma que lo especial de este proyecto es que las mediciones se realizaron en los átomos estables más pesados.
"Al medir un átomo de hidrógeno, que tiene el número atómico uno, podemos medir con precisión las transiciones electrónicas con 13 decimales", afirma el Dr. Lötzsch. 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 Trassinelli y Robert Lötzsch. El complejo de Darmstadt incluye un anillo de almacenamiento de iones con una circunferencia de más de 100 metros y un acelerador aguas arriba que se extiende a lo largo de más de un kilómetro.
Lötzsch describe el experimento de la siguiente manera:Primero se generan iones libres. Para lograrlo, el uranio se vaporiza y luego se acelera enormemente 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. Los electrones acelerados son guiados luego a un anillo de almacenamiento, donde corren siguiendo una trayectoria circular.
"Las partículas pasan por nuestros espectrómetros hasta 50 millones de veces por segundo y, en ocasiones, se produce una transición electrónica que podemos medir con un espectrómetro", afirma Lötzsch. El espectrómetro de cristal de Bragg especial utilizado en el experimento se construyó en Jena.
El eje del espectrómetro, explica Lötzsch, es un cristal específicamente curvado hecho del elemento germanio. "Este cristal es tan fino como una hoja de papel y se coloca en un molde de vidrio especial", afirma Lötzsch. Esta técnica requiere una gran experiencia y fue desarrollada en Jena. Desde hace más de 30 años se investiga el desarrollo de este tipo de dispositivos de medición.
Los resultados publicados por el grupo de investigación son el resultado de un experimento realizado en 2021. Las pruebas se realizaron durante tres semanas durante Semana Santa en condiciones complicadas por la pandemia de COVID-19. Sin embargo, Lötzsch cree que los resultados merecen el esfuerzo.
"Hemos probado con éxito si nuestros conocimientos teóricos también se aplican a este nicho exótico de materiales", explica. Por lo tanto, afirma que los resultados ayudarán a mejorar nuestra comprensión de lo que "mantiene unido al mundo en los niveles más internos".
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
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por la Universidad Friedrich Schiller de Jena
