Атомы внутри атома: физики создали новую форму материи

Международная команда исследователей сообщила об успешном создании новой формы материи, которая существовала только в теории - полярона Ридберга

Ход мыслей исследователей был примерно следующим: если между ядром атома и его электроном обычно находится много неиспользованного пространства, то почему бы туда не поместить другие частицы? Законы физики будто намекали, что внутри одного "огромного атома" можно разместить другие обычные атомы . Для этого лишь нужно обеспечить необходимые условия.

Недавно команда физиков описала это новое состояние материи в своей статье в журнале  Physical Review Letters. Теоретическая часть работы была проведена в Венском техническом университете (TU Wien), а эксперимент провели в Университете Райса, США.

Уникальный эксперимент стал возможным благодаря сочетанию двух специфических отраслей атомной физики: конденсата Бозе-Эйнштейна  и атомов Ридберга. Оба указанные явления можно исследовать только при экстремальных физических условиях, поэтому новое исследование не стало исключением.

Конденсат Бозе-Эйнштейна - это особое состояние материи, которое можно достичь охлаждением обычных атомов до критически низких температур, близких к абсолютному нулю. Атомы Ридберга также являются аутсайдерами в ряду обычных атомов, поскольку их электрон возбужден настолько, что вращается на очень большом расстоянии от своего ядра.

"Среднее расстояние между электроном и его ядром может приближаться к нескольким сотням нанометров - это более чем в тысячу раз превышает радиус атома водорода", - пояснил профессор Йоахим Бургдорфера, который годами изучал свойства атомов Ридберга вместе со своим коллегой профессором Шухеи Йошида.

Сначала исследователи получили конденсат Бозе-Эйнштейна из охлажденных атомов стронция. Далее специальный лазерный луч передал энергию одному из атомов, превратив его в атом Ридберга с огромным атомным радиусом.

Поскольку орбита электрона у атома Ридберга значительно превышает среднее расстояние между двумя атомами в конденсате, он начал вращаться вокруг собственного ядра и других атомов.

Как отмечают исследователи, в зависимости от радиуса полученного атома Ридберга и плотности конденсата, орбита электрона атома Ридберга (оболочка) могла охватывать до 170 дополнительных атомов стронция.

Атом на страницах школьных учебников имеет достаточно простую модель: ядро и электроны, вращающиеся вокруг. Иногда его могут описать сложнее, и показать не только отдельные электроны в виде "мячиков", но и электронную оболочку - условную полупрозрачную сферу, охватывающую орбиту электрона.

При обычных условиях один атом не может попасть "за электронную орбиту" другого атома через силы отталкивания между электронами. Однако атомы в бозе-конденсате имели минимальное влияние на движение электрона в атоме Ридберга.

"Атомы не несли никакого электрического заряда, поэтому они действовали на электрон с минимальной силой," - рассказал соавтор исследования Шухей Йошида.

Конечно, удаленный электрон все же "чувствовал" присутствие нейтральных атомов на своем пути. Во время таких встреч происходило незначительное рассеяния электрона, однако он не оставлял своей орбиты и не менял своего состояния.

"Это очень необычная ситуация. Обычно мы имеем дело с заряженным ядром, которое удерживает электроны вокруг себя. А здесь мы имеем электрон, который связывает нейтральные атомы, " - отметил Йошида.

Новое состояние материи уже получило название "поляроны Ридберга". И хотя связи между атомами в нем очень нестабильны и могут поддерживаться в диапазоне ультранизких температур, физики с восторгом ждут новые эксперименты, которые позволили исследовать уникальную физику ультрахолодных атомов. опубликовано econet.ru  Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet