Засмучуватися через ніщо? Ну, вам не смішно: Деякі атоми можуть утворювати фактичні зв’язки з "нічого".
Хоча типовий хімічний зв’язок вимагає двох утворень, існує один вид атома, який може бути в змозі зв’язатися з атомами "привидів" або тими, які не існують, згідно з новою роботою, опублікованою 12 вересня в журналі Physical Review Letters.
Так само, як планети нашої Сонячної системи орбітують навколо Сонця, електрони орбітують навколо ядра атома. Чим далі їх орбіта, тим вище енергія електрона. Але з підвищенням енергії електрони часто можуть скакати по орбітах - а деякі йдуть на відстань.
Атоми Райдберга мають один електрон, який стрибає на далеку орбіту, далеко від ядра. "В основному, будь-який атом періодичної таблиці може стати атомом Райдберга", - сказав старший автор Кріс Грін, відомий професор фізики та астрономії в університеті Пердю, "Live Science". Все, що потрібно, - це засвітити лазер на атомі, даючи його електронам трохи енергії.
Атоми Райдберга "незвичні з точки зору хімії", - сказала Грін. Це тому, що збуджений електрон, який стрибнув дуже далеко від ядра атома, може стикатися знову і знову з електроном у сусідньому атомі наземного стану - або в такому, де всі його електрони знаходяться в найнижчому можливому енергетичному стані. Кожен раз, коли він стикається, він приковує атом наземного стану побітно, врешті-решт захоплюючи його у тому, що називається трилобітовим зв’язком.
"Ця дуже крихітна взаємодія з віддаленим атомом" може взаємодіяти з атомом Райдберга таким чином, що отримана молекула виглядає як копалини вимерлих членистоногих під назвою трилобіти, - сказав Грін.
Молекули трилобіту вперше прогнозувались існування у 2000 році та експериментально спостерігали через 15 років. Але зараз, Грін та його команда прогнозують, що є спосіб «обманути» атом Райдберга у формуванні зв’язку з, ну, нічим.
Все, що їм потрібно було, - це зробити трохи ліплення.
У чисто теоретичному експерименті команда використовувала комп’ютерний алгоритм, щоб визначити послідовність електричних та магнітних імпульсів, які вони могли застосувати до атома водню Райдберга, формуючи його таким чином, щоб утворити трилобітовий зв’язок.
Під час кожного електричного імпульсу електронна орбітала атома водню Райдберга може розтягуватися; і під час кожного магнітного імпульсу його можна скрутити на невелику кількість, сказала Грін.
"Дещо дивно, що на проміжних стадіях до того, як кінцевий імпульс буде застосований до атома, стан зв'язуючого електрона зовсім не дуже схожий на трилобіт", - сказав Грін. "Він потрапляє в різкий фокус як бажаний стан в кінці кінцевого імпульсу".
Їхні розрахунки показали, що, подібно до павука, який стріляє своєю павутиною в порожній простір, атом Райдберга може сформувати трилобітовий зв’язок з атомом "привид".
"Електрон поводиться так само, як ніби він був пов'язаний з атомом, але немає атома, який би прив'язувався", - сказав Грін. І це робиться дуже напрямлено, це означає, що він вказує на майже точне місце в просторі, де він би приєднався до атома наземного стану. Ця зв'язок ні до чого, вони виявили, повинна залишатися принаймні 200 мікросекунд.
"Ми досить впевнені", що це справдилось би, якби вони спробували це експериментально, - сказала Грін. Але для того, щоб це було справжнім експериментальним шляхом, дослідникам потрібно буде розібратися, як синхронізувати імпульси та блокувати зовнішні поля, які можуть бути великими перешкодами для очищення, за даними Американського фізичного товариства.
Грін сподівається розібратися, чи існують інші способи "підманути" електрони до створення зв'язків ні з чим, наприклад, шляхом застосування мікрохвильових піч або швидких лазерних імпульсів. Він підозрює, що ці атоми, прив'язані до абсолютно нічого, не могли б поводитись інакше, якби підштовхували до хімічних реакцій.
