Расстраиваться из-за ничего? Ну, вы не смешны: некоторые атомы могут образовывать реальные связи с «ничем».
В то время как типичная химическая связь требует двух сущностей, существует один вид атома, который может быть способен связываться с «призрачными» атомами или с теми, которые не существуют, согласно новой статье, опубликованной 12 сентября в журнале Physical Review Letters.
Подобно тому, как планеты нашей солнечной системы вращаются вокруг Солнца, электроны вращаются вокруг ядра атома. Чем дальше их орбита, тем выше энергия электрона. Но при повышении энергии электроны могут часто прыгать по орбитам, а некоторые уходят на расстояние.
У ридберговских атомов есть один электрон, который прыгает на далекую орбиту, далеко от ядра. «По сути, любой атом в периодической таблице может стать ридберговским атомом», - сказал в прямом эфире старший ученый Крис Грин, выдающийся профессор физики и астрономии в Университете Пердью. Все, что нужно, это навести лазер на атом, давая его электронам немного энергии.
Атомы Ридберга "необычны с химической точки зрения", сказал Грин. Это потому, что возбужденный электрон, прыгнувший очень далеко от ядра атома, может снова и снова сталкиваться с электроном в соседнем атоме в основном состоянии - или в том, где все его электроны находятся в состоянии с наименьшей возможной энергией. Каждый раз, когда он сталкивается, он притягивает атом основного состояния постепенно, в конечном счете, заключая его в так называемую связь трилобита.
«Это очень крошечное взаимодействие с удаленным атомом» может взаимодействовать с атомом Ридберга так, что получающаяся молекула выглядит как окаменелость вымерших членистоногих, называемых трилобитами, сказал Грин.
Молекулы трилобита были впервые предсказаны, чтобы существовать в 2000 году и экспериментально наблюдались 15 лет спустя. Но теперь, Грин и его команда предсказывают, что есть способ «обмануть» атом Ридберга, чтобы создать связь, ну, в общем-то, ни с чем.
Все, что им нужно было сделать, это сделать немного скульптуры.
В чисто теоретическом эксперименте команда использовала компьютерный алгоритм, чтобы выяснить последовательность электрических и магнитных импульсов, которые они могли бы применить к ридберговскому атому водорода, формируя его таким образом, чтобы образовалась связь трилобита.
Во время каждого электрического импульса электронная орбиталь ридберговского атома водорода может растягиваться; и во время каждого магнитного импульса его можно скрутить крошечным количеством, сказал Грин.
«Несколько удивительно, что на промежуточных стадиях перед тем, как последний импульс подается на атом, состояние связывающего электрона совсем не похоже на трилобит», - сказал Грин. «Это только входит в острый фокус как желаемое состояние в конце заключительного импульса».
Их расчеты показали, что, подобно пауку, стреляющему в свою паутину в пустом пространстве, атом Ридберга может образовать трилобитную связь с «призрачным» атомом.
«Электрон ведет себя так же, как если бы он был связан с атомом, но нет атома, к которому можно было бы привязаться», - сказал Грин. И он делает это очень направленным образом, что означает, что он указывает на почти точное место в пространстве, где он был бы связан с атомом основного состояния. Они обнаружили, что эта связь ни с чем не должна длиться не менее 200 микросекунд.
«Мы довольно уверены», что это будет справедливо, если они попробуют это экспериментально, сказал Грин. Но для того, чтобы это подтвердилось экспериментально, исследователи должны будут выяснить, как синхронизировать импульсы и блокировать внешние поля, которые, по мнению Американского физического общества, могут стать большими препятствиями для очистки.
Грин надеется выяснить, есть ли другие способы «обмануть» электроны в создании связей ни с чем, например, путем применения микроволн или быстрых лазерных импульсов. Он подозревает, что эти атомы, связанные с абсолютно ничем, могут вести себя иначе, если их побудить подвергнуться химическим реакциям.
