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Si ottengono atomi stabili di elio pione

27.05.2020

Dopo quasi otto anni di ricerca, un gruppo di scienziati del Max Planck Institute for Quantum Optics, in Germania, è riuscito per la prima volta a ottenere atomi stabili e longevi di materia esotica, il cosiddetto elio "pionico", un elio atomo in cui uno degli elettroni è stato sostituito da una particella subatomica - un pione in un certo stato quantistico. In questa forma, il pione può esistere mille volte più a lungo di quanto esista in altri tipi di materia, e questo offre agli scienziati l'opportunità di studiare più da vicino questa particella, che svolge un ruolo importante nel garantire la stabilità e il decadimento dei nuclei atomici, utilizzando il metodo della spettroscopia laser ad alta precisione.

I pioni appartengono a una famiglia di particelle chiamate mesoni. Sono i mesoni che sono responsabili dell'emergere di forti interazioni tra i "blocchi standard" di nuclei atomici, neutroni e protoni. I protoni con la stessa carica elettrica si respingono in condizioni normali e solo le forze delle interazioni nucleari forti sono in grado di legarli e mantenerli all'interno del nucleo atomico. I mesoni, che consistono in due quark, differiscono significativamente nella struttura dai protoni e dai neutroni, che consistono in tre quark.

La possibilità dell'esistenza di atomi di elio "pionici" esotici era teoricamente prevista già nel 1964, ma fino a poco tempo nessuno degli scienziati è stato in grado di ottenere tali atomi sperimentalmente. E ora, grazie al lavoro dei ricercatori tedeschi, gli scienziati di tutto il mondo hanno un'area completamente nuova per ulteriori ricerche.

Per otto anni, gli scienziati tedeschi hanno cercato di trovare prove dell'esistenza di atomi di elio "pion". Per fare ciò, hanno utilizzato un serbatoio riempito con elio raffreddato allo stato liquido superfluido. La principale difficoltà che ha portato alla lunga durata degli esperimenti è stata trovare la lunghezza d'onda della luce laser alla quale il pione "calciato" fa cadere un elettrone da un atomo di elio eccitato e prende il suo posto. Naturalmente, tali atomi esistono per un certo tempo e decadono, e sono questi "frammenti" di atomi che sono diventati la prova dell'esistenza di atomi esotici di elio "pione".

Gli scienziati teorici, nonostante molte ricerche in questa direzione, non sono stati in grado di calcolare la lunghezza d'onda della luce, sotto l'influenza della quale gli atomi di elio entreranno in uno degli stati eccitati stabili e il pione farà un "salto quantico" di un certo tipo, sostituendo l'elettrone. Quindi gli scienziati hanno utilizzato tre complessi sistemi laser uno dopo l'altro fino a trovare la giusta lunghezza d'onda mediante una semplice enumerazione.

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Un nuovo modo di controllare e manipolare i segnali ottici 05.05.2024

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Inaugurato l'osservatorio astronomico più alto del mondo 04.05.2024

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Batteria biodegradabile a base di fuliggine e segatura 12.06.2021

I ricercatori dei Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (Empa) hanno presentato una batteria completamente biodegradabile. La batteria è a base di cellulosa, gelatina, carbonio sotto forma di fuliggine e una serie di altre sostanze ecocompatibili. Tali batterie sono utili per l'elettronica medica usa e getta e i sensori di monitoraggio che, dopo lo smaltimento, non danneggeranno la natura e la salute umana.

La tecnologia sviluppata dagli scienziati prevede la stampa strato per strato di una batteria (o un supercondensatore, come preferiscono chiamarlo gli sviluppatori) su una stampante 3D convenzionale. Gli inchiostri e la loro composizione sono selezionati per garantire un'applicazione e un indurimento uniformi del materiale con le proprietà appropriate: conducibilità elettrica per gli elettrodi, conduttività ionica per l'elettrolita e resistenza per l'alloggiamento.

L'inchiostro o il materiale di lavoro per una stampante 3D è a base di gelatina. Nella miscela per la stampa degli elementi costitutivi della batteria sono inclusi nanofibre di cellulosa e nanocristalli di cellulosa, carbonio sotto forma di fuliggine, grafite e carbone attivo, nonché un pizzico di sale da cucina per la conduttività ionica. Per diluire la composizione, i ricercatori usano glicerina, acqua e due diversi tipi di alcol.

Durante il processo di stampa, vengono creati in successione quattro strati della batteria: un substrato flessibile, uno strato conduttivo, un elettrodo e infine un elettrolita. Quindi tutto viene piegato in una specie di sandwich con un elettrolita al centro. La batteria ha dimostrato la capacità di immagazzinare elettricità per diverse ore e può alimentare piccoli orologi digitali. Resiste a migliaia di cicli di carica e scarica e promette anni di conservazione anche a temperature inferiori allo zero ed è resistente alla pressione e agli urti.

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