Наука

Фізики створили гігантські молекули, що нагадують трилобіти

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.

У цьому процесі зовнішній електрон у кожному випадку виводиться на далекі орбіти навколо атомного тіла. Радіус орбіти електрона може становити більше 1 мкм, що робить електронну хмару більшою, ніж невелика бактерія, – говорить Хервіг Отт, співавтор дослідження

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.

Уявіть собі електрон, який швидко обертається довкола ядра. При кожній подорожі він стикається з атомом, який перебуває в основному стані. На відміну від нашої інтуїції квантова механіка вчить нас, що ці зіткнення призводять до ефективного тяжіння між електроном і атомом, – говорить Макс Альтон, співавтор дослідження

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.


Підписуйтеся на нас в Гугл Новини, а також читайте в Телеграм і Фейсбук


Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Цей сайт використовує Akismet для зменшення спаму. Дізнайтеся, як обробляються ваші дані коментарів.

Back to top button