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科技之神 第1章 四百万亿分之一的精度

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    在扶桑人的质疑、惊讶和不可思议中,第一次鉴定试验开始了。

    所有人都先换好了衣服,经过消洗后,进入一间无尘室。

    进入无尘室后,大部分人依然只能隔着一道玻璃,在外面观望,只有几个博物馆工作人员,和取样人员,能够走到最里间的国宝储存室。

    顾玩和石主任、宁主任科大考古系主任坐在一旁谈笑自若,隔着防弹玻璃观看京都大的山下教授,带着生们取样。

    大的堺教授,则在一边翻看中原先的实验记录,确保一会儿不会浪费鉴定样。

    扶桑人这边,对于14同位素丰度鉴定的头号专家,就是这位堺教授了。如果他不点头,中是无法拿到“汉倭国王印”上的出土污渍样,来进行实验操作的。

    只见山下教授带着生,先用镭射光谱仪、隔着内部充氦的玻璃罩,扫描了一遍“汉倭国王印”。

    那是一枚只有3厘米见大的纯金印玺,加上博物馆里习惯了常年保持低照度环境、减少藏品的年曝光积分量,所以在外间的人,几乎很难看清楚操作。

    事实上,黄金制品是不怕曝光的。博物馆减少曝光,主要是为了保护字画一类容易老化、降解的有机物。

    不过,黄金制品外面沾染的来自于出土年份的污渍、其他附着物当中,难免有害怕曝光的物质,所以保护严密一点总归是心无大错了。

    而且,在14丰度鉴定实验中,关键就是这些来自于出土地层的污渍、附着物。

    因为金印理论上是单质。就算古代工艺不够完美,有些许碳元素以单质形态混杂在金印里,也不可能为了取样而切割、破坏金印身,所以要取得碳元素较多的样,就要从出土地层污渍下手。

    印章的话还有一个优势,那就是沾染的印泥里有含碳元素。古代红色印泥除了含有朱砂成分外,还有添加一定量的植物油植物香,里面含有纤维素成分,这部分可以作为14同位素丰度的鉴定材料。

    山下教授先确定金印表面含碳丰富的污渍主要有那几片,然后一番操作猛如虎,总而言之就是把样弄了下来,放在一根绝对清洁、不含碳的取样容器里。又经过一番操作,把碳原子团萃取出来。

    这些具体实验过程,忙了大约一个多时,就不多赘述了因为这里面没有什么新鲜的,在传统的离心法14同位素丰度鉴定中,到这一步为止,操作也都是一样的。

    离心法和离子加速质谱法的区别,在后续环节才会体现出来。

    “石桑,这是从印泥部分萃取出来的碳原子团,后续的操作,就看你们了。”山下教授着,就把那个特殊容器递给中人员。

    里面的西,估计才几个毫克分量,应该都是从印泥里萃取出来的古代植物油和纤维中的碳。

    石副主任却没敢接,只是对顾玩做了个手势。顾玩就当仁不让接过来,然后在石副主任和其他助手的帮助下,开始操作。

    仪器内部的活动,宏观上当然是看不出来的,总而言之,过了半个多时后,顾玩就得到了一份输出数据,然后再在专门的软件上计算了一番。

    “根据测定,样中14与1的比例,约为1万5千百亿分之一,与1万千亿分之一的标准比,约为338个半衰周期。因此,可以初步判定,该样上的印泥的年份,距今约14年,正负误差年。”

    顾玩先简洁地了一下结论。

    外行人或许听了有些懵逼,但在场的都是大教授,而且都是考古、原子物理这些对口专业的,自然是一听就懂。

    剩下的,只是对测量数据度的怀疑。至于数据得到后的换算环节,大家毫无疑问,所有人都对公式了然于胸。

    众所周知,任何生命体在存活期间,构成其身体的有机物中的碳元素,都是会不断新陈代谢的,所以碳元素中1和14的比例,应该跟自然界1和14的平均比例一样,大约是1万千亿倍。

    也就是假设你身上一块肉里,一共有1万千亿零1个碳原子,那么其中1万千亿个是1,只有1个是14。

    而生命体死后,就不会再新陈代谢补充碳元素了,所以化石,埋藏木骨里的14只会来少。

    根据高中化知识,14的半衰期是573年,也就是过573年后,死体内的14会减少一半,1和14的比例,会变成万4千亿倍。1146年后,会减少到初始态的四分之一,也就是4万8千亿倍

    顾玩这套离子加速质谱仪,年代测定度可以短到三十年左右,这已经相当于自然半衰期的573年,除以的8次左右。因此,其能够测定出来的14丰度变化,也应该大致相当于倍的开八次根号。

    比如,当被测物年代距今有11年,14浓度应该只有新鲜状态的74,距今14年的时候,14浓度应该只有新鲜状态的71。

    考虑到自然状态下,14就只有1的1万千亿分之一,所以他这个仪器基上可以达到“每4万亿个碳原子里,少了一个14原子,都能测出来”的程度。

    别觉得夸张,地球上1世纪那些离子加速器质谱仪,也都是可以测到那么确的。

    外行人或许觉得难以想象,但现代人类的物理科技,真的已经发达到这种程度了。

    京大考古系的山下教授对物理毕竟不是太通,所以他只是知道上述原理和算法。

    但对于数据身的测量是否可靠,还要靠大高能物理系的堺教授定夺。

    如果这个测量身可靠,那就意味着,能够证明“汉倭国王印”是14年前之前的西了正负误差二十年。

    堺俗人看着数据报表,摸着下巴思索了一会儿,问道:

    “对于从原混合碳原子团中、分离出来的1原子团中的原子个数,我没什么异议。毕竟数量较大,可以用质量称量法直接称量,这一步,跟离心法的验证是一样的。

    可是,对于分离出来的14原子团里,究竟有多少个14原子,你是怎么测算数量的呢?要知道,14原子个数稀少,稍微差几个,就会导致误差率达到额定阈值之外。而且,你的新法,是如何保证分离后的1原子团里,一点14都没有的?会不会还有黏连在一起,没分离出来的?”

    顾玩笑了,他立刻拿出一些实验记录过程的仪器内照片当然,所谓的“照片”其实只是俗称,因为没有传统光摄像仪器和技术,能确到拍摄原子层面的西。

    所以,那玩意儿事实上是类似于一些捕捉光栅记录的西,非物理专业的看官,只要知道这玩意儿能记录实验过程中。原子流是如何通过加速管和偏转器的就行。

    “这是通过法拉第筒和偏转器的捕捉光栅记录。我们这套仪器,加了1万伏的端电压,足以把碳原子团中所有原子的表层电子完剥离,并且按照洛伦兹力产生的加速度不同,把原子团打散。所以第二个问题,您看完这部分数据后,应该就不会有疑问了”

    顾玩着,还指点堺俗人教授如何看相关记录。

    花了大约十几分钟,把这个点解释清楚了。

    然后,他开始回答对的第一个质疑点,也就是“他的仪器是如何确称量14原子个数的”。

    毕竟,1原子可以按照“1摩尔碳1原子重1克”的算法来称量,因为多,重,宏观称就能称出来的。

    注:1摩尔原子是61的3次个。多废话一句,让高中没化的同阅读起来友好一点。

    另外,上一句所称的“宏观”也就是几毫克甚至几微克。因为1微克就有1的15次个碳原子了,也就是几千万亿个,对于同位素鉴定而言已经足够“宏观”

    但是,14原子,比1原子少了至少一万多亿倍,那就很难称重了。可能一次实验搜集到的14原子个数,才几万亿分之一毫克。

    传统离心法的时候,最后称量14原子的个数,就不是非常确,总有那么相当于总数至少百分之几的误差,也就导致年代测定至少误差几百年。

    “所以,我这套仪器,也没有用离心法惯用的质量称量法,来计算14原子的个数离心法是用离心力来分离原子的,我是用洛伦兹力来分离原子的。既然如此,一事不烦二主,我最终是吧所有的14离子,进行总带电电荷测量。

    一个碳离子带4个正电荷,当电荷平衡时,算出悬浮负极有多少电子形成的电势差,不就能算出这团碳离子里的原子个数了么?而微观状态下测量电势差的度,要远远高于称重量的度。”

    “对啊我怎么没想到”堺俗人教授失声惊呼。
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