Дослідники вперше безпосередньо спостерігали дивну молекулу трилобіту Рідберга.
Німецькі фізики з Університету Кайзерслаутерн — Ландау вперше створила чисті молекули трилобіту Рідберга. Незвичайні структури відрізняються найбільшим електричним дипольним моментом серед усіх відомих молекул і зовні нагадують скам’янілості трилобітів. Відкриття дозволило вченим по-новому подивитись квантову активність електронів, коли вони розсіюються поблизу атомів.
Для свого експерименту фізики використовували хмару атомів рубідії, охолоджену в надвисокому вакуумі приблизно до 100 мкК — це приблизно на 0,0001 градуса вище за абсолютний нуль. За допомогою лазерів вчені перевели деякі з цих атомів до рідбергівського стану.
Якщо всередині цієї гігантської «бульбашки» знаходиться інший атом, який знаходиться в основному (незбудженому) стані, утворюється молекула. При цьому між атомами виникає ні на що несхожий хімічний зв’язок. Якщо у звичайних молекулах бувають ковалентні, іонні, металеві або диполярні зв’язки, то всередині трилобіту «клеєм» є квантово-механічне розсіювання рідбергівського електрона.
Форма молекули (ліворуч) нагадує викопний трилобіт (праворуч). Фото: AG Ott, RPTU
Властивості цих молекул дивовижні: через хвильову природу електрона множинні зіткнення призводять до інтерференційної картини, схожої на трилобіти. Більш того, довжина зв’язку молекули дорівнює довжині орбіти електрона — набагато більше, ніж у будь-якої іншої двоатомної молекули. А оскільки збуджений електрон сильно притягується другим атомом, постійний електричний дипольний момент надзвичайно великий: понад 1700 дебатів.
Вчені використовували спектроскопію виявлення та вивчення цих дивних молекул. Результати експерименту допомагають зрозуміти фундаментальні механізми зв’язку між атомами в основному стані та рідбергівськими атомами, які останнім часом стали перспективною платформою для квантових обчислень.