根据高中化学知识,C14的半衰期是5730年,也就是过5730年后,死体内的C14会减少一半,C12和C14的比例,会变成2万4千亿倍。60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,年代测定精度可以短到三十年左右,这已经相当于自然半衰期的5730年,除以2的8次方左右。因此,其能够测定出来的C14丰度变化,也应该大致相当于2倍的开八次根号。
比如,当被测物年代距今有1910年,C14浓度应该只有新鲜状态的79.4%,距今1940年的时候,C14浓度应该只有新鲜状态的79.1%。
考虑到自然状态下,C14就只有C12的1万2千亿分之一,所以他这个仪器基本上可以达到“每400万亿个碳原子里,少了一个C14原子,都能测出来”的程度。
别觉得夸张,地球上21世纪那些离子加速器质谱仪,也都是可以测到那么精确的。
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精通,所以他只是知道上述原理和算法。
但对于数据本身的测量是否可靠,还要靠东大高能物理系的堺教授定夺。
如果这个测量本身可靠,那就意味着,能够证明“汉倭国王印”是1940年前之前的东西了(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C12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C14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,C14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,你的新方法,是如何保证分离后的C12原子团里,一点C14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,因为没有传统光学摄像仪器和技术,能精确到拍摄原子层面的东西。
所以,那玩意儿事实上是类似于一些捕捉光栅记录的东西,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100万伏的端电压,足以把碳原子团中所有原子的表层电子完全剥离,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……”
顾玩说着,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,他开始回答对方的第一个质疑点,也就是“他的仪器是如何精确称量C14原子个数的”。
毕竟,C12原子可以按照“1摩尔(mole)碳12原子重12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6.02×10的23次方个。多废话一句,让高中没学化学的同学起来友好一点。
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10的15次方个碳原子了,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,C14原子,比C12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C14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C14原子的个数,就不是非常精确,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C14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C14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精度,要远远高于称重量的精度。”
“对啊……我怎么没想到……”堺俗人教授失声惊呼。