Po raz pierwszy fizykom udało się stworzyć w laboratorium dziwną, kruchą strukturę znaną jako cząsteczka trylobita Rydberga.
Budowanie i obserwacja tych dziwnych struktur atomowych dała naukowcom nowy wgląd w aktywność kwantową elektronów podczas ich propagacji w pobliżu atomów.
Ponieważ ich wiązania chemiczne różnią się od innych (takich, jakie znamy), wyniki otwierają możliwości opracowania lepszych modeli teoretycznych cząsteczek i zrozumienia ich dynamiki.
Cząsteczki Rydberga powstają z atomu znanego jako a Atom Rydberga. W zwykłym atomie masz jądro otoczone małym rojem elektronów. Jeśli dodasz trochę energii do atomu, rój elektronów nieco puchnie, czyniąc atom nieco większym i bardziej elastycznym.
Atom Rydberga powstaje, gdy dodasz dużo energii w warunkach, które pozwalają mu zatrzymać elektrony. Wybrzuszenie jest bardzo duże, jak na atom, ma średnicę kilku mikronów, a elektrony są związane tak luźno, jak to możliwe, i nie odlatują.
Ponieważ są niespójne, atomy Rydberga zachowują się w przesadny sposób, czyniąc je… Przydatne do przeprowadzania eksperymentów.
Cząsteczki to układy atomów, które są w jakiś sposób skupione razem, na przykład przez wspólne elektrony lub być może przez przeciwne ładunki. Jeśli użyjesz atomu Rydberga, otrzymasz cząsteczkę Rydberga, ale sposób, w jaki atomy sklejają się ze sobą Mogą się bardzo różnić od obligacji Który łączy bardziej konwencjonalne cząsteczki.
Mogą wyglądać bardzo różnie, a wzorce rozkładu elektronów mogą przypominać na przykład a Trylobitylub motyl.
Zespół naukowców kierowany przez fizyka Maxa Althona z Uniwersytetu w Kaiserslautern-Landau w laboratorium Herwiga Otta po raz pierwszy stworzył czyste cząsteczki trylobitów Rydberga.
Zaczęli od atomów rubidu, przechłodzonych do temperatury zaledwie 0,0001 stopnia powyżej zera absolutnego. Następnie za pomocą laserów wzbudzili niektóre atomy do stanów Rydberga.
„W tym procesie najbardziej zewnętrzny elektron jest w każdym przypadku wprowadzany na odległe orbity wokół ciała atomowego” Mówi Ott. „Promień orbity elektronowej może wynosić więcej niż jeden mikrometr, co sprawia, że chmura elektronów jest większa niż mała bakteria”.
Cząsteczkę Rydberga można utworzyć wprowadzając atom stanu podstawowego – który nie został wzbudzony do stanu Rydberga – do spęczniałego roju elektronów atomu Rydberga, gdzie oba atomy są połączone nie standardowymi wiązaniami chemicznymi, ale dziwnymi grawitacja kwantowa. .
„To kwantowo-mechaniczne rozpraszanie elektronu Rydberga z atomu stanu podstawowego, które łączy je ze sobą”. Alton wyjaśnia.
„Wyobraźcie sobie elektron szybko krążący wokół jądra. Podczas każdej podróży w obie strony zderza się z atomem stanu podstawowego. Wbrew naszej intuicji mechanika kwantowa uczy nas, że te zderzenia prowadzą do skutecznego przyciągania między elektronem a atomem stanu podstawowego. ”
W wyniku powtarzających się zderzeń elektrony są rozmieszczone według wzoru interferencyjnego podobnego do segmentowej tarczy trylobita.
Ma także inne cudowne i dziwne właściwości. Długość wiązania molekularnego jest w przybliżeniu taka sama jak orbital Rydberga, który jest bardzo duży w skali atomowej. Siła przyciągania między elektronem a atomem stanu podstawowego jest również bardzo duża.
Oznacza to, że cząsteczki Rydberga mają wyższą Elektryczny moment dipolowy niż jakakolwiek inna cząsteczka; Oznacza to oddzielenie dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych, znane również jako polaryzacja.
Trójpłatkowe cząsteczki Rydberga obserwowane przez Altona i współpracowników mają elektryczny moment dipolowy większy niż 1700 Debye'a, czyli bardzo wysoki. W przypadku cząsteczek wody pomiar ten jest mniejszy niż 2 Debye’a.
Możliwość nie tylko tworzenia czystych trylobitów Rydberga, ale także ich badania, daje fizykom nowe narzędzie do testowania i zrozumienia świata kwantowego.
Ma także potencjalne zastosowania w kwantowym przetwarzaniu informacji. Naukowcy twierdzą, że można je zastosować szerzej do badania obcych cząsteczek u różnych gatunków.
„Podsumowując, zmierzyliśmy dwa łańcuchy wibracyjne czystych cząsteczek trylobitu Rydberga, stosując trójfotonową spójność optyczną” piszą. „W ten sposób powinno być możliwe utworzenie cząstek trylobitowych w dowolnym elemencie o ujemnej długości dyspersji fali s.”
Badanie zostało opublikowane w Komunikacja przyrodnicza.
„Nagradzany beeraholik. Fan Twittera. Podróżnik. Miłośnik jedzenia.