Denerwujesz się z niczego? Cóż, nie jesteś śmieszny: niektóre atomy mogą tworzyć rzeczywiste wiązania z „niczym”.
Podczas gdy typowe wiązanie chemiczne wymaga dwóch bytów, istnieje jeden rodzaj atomu, który może być zdolny do wiązania się z atomami „duchów” lub tymi, które nie istnieją, zgodnie z nową pracą opublikowaną 12 września w czasopiśmie Physical Review Letters.
Tak jak planety naszego Układu Słonecznego krążą wokół Słońca, elektrony krążą wokół jądra atomu. Im dalej na orbitę, tym wyższa energia elektronu. Ale dzięki zwiększeniu energii elektrony często mogą przeskakiwać na orbitach - a niektóre oddalają się.
Atomy Rydberga mają jeden elektron, który przeskakuje na odległą orbitę, daleko od jądra. „Zasadniczo każdy atom w układzie okresowym może stać się atomem Rydberga” - powiedział Live Science Chris Greene, wybitny profesor fizyki i astronomii na Purdue University. Wystarczy zaświecić laser na atom, nadając jego elektronom odrobinę energii.
Atomy Rydberga „są niezwykłe z chemicznego punktu widzenia” - powiedział Greene. Dzieje się tak, ponieważ podekscytowany elektron, który odskoczył bardzo daleko od jądra atomu, może kolidować w kółko z elektronem w pobliskim atomie stanu podstawowego - lub takim, w którym wszystkie jego elektrony są w najniższym możliwym stanie energetycznym. Za każdym razem, gdy zderza się, przyciąga atom stanu podstawowego kawałek po kawałku, ostatecznie uwięziąc go w tak zwanym wiązaniu trylobitowym.
„Ta bardzo mała interakcja z odległym atomem” może oddziaływać z atomem Rydberga, tak że powstająca cząsteczka wygląda jak skamielina wymarłych stawonogów zwanych trylobitami, powiedział Greene.
Najpierw przewidywano, że cząsteczki trylobitu będą istnieć w 2000 r., A eksperymentalnie zaobserwowano je 15 lat później. Ale teraz Greene i jego zespół przewidują, że istnieje sposób, aby „oszukać” atom Rydberga, aby utworzyć więź z, no cóż, niczym.
Wszystko, co musieli zrobić, to trochę rzeźbić.
W czysto teoretycznym eksperymencie zespół wykorzystał algorytm komputerowy, aby ustalić sekwencję impulsów elektrycznych i magnetycznych, które mogliby zastosować do atomu wodoru Rydberga, kształtując go w taki sposób, aby utworzyć wiązanie trylobitu.
Podczas każdego impulsu elektrycznego można rozciągnąć orbitę elektronową atomu wodoru Rydberga; a podczas każdego impulsu magnetycznego można go trochę skręcić, powiedział Greene.
„Nieco zaskakujące jest to, że na etapach pośrednich przed przyłożeniem impulsu końcowego do atomu stan elektronu wiążącego wcale nie przypomina trylobitu” - powiedział Greene. „Wyostrza się tylko jako pożądany stan na końcu ostatniego impulsu”.
Ich obliczenia wykazały, że podobnie jak pająk wystrzeliwujący sieć w pustą przestrzeń, atom Rydberga może utworzyć wiązanie trylobitowe z atomem „ducha”.
„Elektron zachowuje się dokładnie tak, jakby był związany z atomem, ale nie ma atomu do wiązania”, powiedział Greene. I robi to w bardzo kierunkowy sposób, co oznacza, że wskazuje niemal dokładne miejsce w przestrzeni, w którym wiązałoby się z atomem stanu podstawowego. Odkryli, że ta więź z niczym powinna trwać przez co najmniej 200 mikrosekund.
„Jesteśmy przekonani”, że byłoby to prawdą, gdyby spróbowali tego eksperymentalnie, powiedział Greene. Jednak aby eksperyment ten był prawdziwy, naukowcy będą musieli dowiedzieć się, jak zsynchronizować impulsy i zablokować pola zewnętrzne, co według Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego może być dużym utrudnieniem.
Greene ma nadzieję dowiedzieć się, czy istnieją inne sposoby „oszukiwania” elektronów w tworzenie wiązań bez niczego, na przykład poprzez zastosowanie mikrofal lub szybkich impulsów laserowych. Podejrzewa, że atomy te, związane z absolutnie niczym, mogą zachowywać się inaczej, jeśli zostaną poproszone o reakcje chemiczne.
