《科技之神》正文卷第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学的山下教授，带着学生们取样。
    东大的堺教授，则在一边翻看中方原先的实验记录，确保一会儿不会浪费鉴定样本。
    扶桑人这边，对于C14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，中方是无法拿到“汉倭国王印”上的出土污渍样本，来进行实验操作的。
    只见山下教授带着学生，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2.3厘米见方大小的纯金印玺，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小心无大错了。
    而且，在C14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Au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、破坏金印本身，所以要取得碳元素较多的样本，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/植物香精，里面含有纤维素成分，这部分可以作为C14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，总而言之就是把样本弄了下来，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，忙了大约一个多小时，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C14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。”山下教授说着，就把那个特殊容器递给中方人员。
    里面的东西，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AMS。
    仪器内部的活动，宏观上当然是看不出来的，总而言之，过了半个多小时后，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，样本中C14与C12的比例，约为1万5千2百亿分之一，与1万2千亿分之一的标准比，约为个半衰周期。因此，可以初步判定，该样本上的印泥的年份，距今约1940年，正负误差20年。”
    顾玩先简洁地说了一下结论。
    外行人或许听了有些懵逼，但在场的都是大学教授，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，只是对测量数据精度的怀疑。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C12和C14的比例，应该跟自然界C12和C14的平均比例一样，大约是1万2千亿倍。
    也就是假设你身上一块肉里，一共有1万2千亿零1个碳原子，那么其中1万2千亿个是C12，只有1个是C14。
    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C14只会越来越少。
    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。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。
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