Hätkähdyttääkö mitään? No, et ole naurettava: Jotkut atomit voivat muodostaa todellisia sidoksia "ilman mitään".
Vaikka tyypillinen kemiallinen sidos vaatii kahta kokonaisuutta, on olemassa yhden tyyppinen atomi, joka voi kyetä sitoutumaan "haamuma" -atomeihin tai sellaisiin, joita ei ole olemassa, uuden julkaisun mukaan, joka julkaistiin 12. syyskuuta lehdessä Physical Review Letters.
Aivan kuten aurinkokunnan planeettamme kiertävät auringon ympärillä, elektronit kiertävät atomin ytimen ympärillä. Mitä kauempana niiden kiertorata on, sitä suurempi elektronin energia on. Mutta energianlisäyksellä elektronit voivat usein hypätä kiertoradalla - ja jotkut kulkevat etäisyyden.
Rydbergin atomeilla on yksi elektroni, joka hyppää kaukana kiertoradalle, kaukana ytimestä. "Periaatteessa mistä tahansa jaksotaulukon atomista voi tulla Rydbergin atomi", vanhempi kirjailija Chris Greene, Purduen yliopiston fysiikan ja tähtitieteen arvostettu professori, kertoi Live Science: lle. Tarvitsee vain loistaa laser atomille, antaen sen elektronille vähän energiaa.
Rydbergin atomit "ovat kemian kannalta epätavallisia", Greene sanoi. Tämä johtuu siitä, että kiihtynyt elektroni, joka on hypännyt hyvin kaukana atomin ytimestä, voi törmätä yhä uudelleen elektronin kanssa lähellä olevassa perustilaatomissa - tai sellaisessa, jossa kaikki sen elektronit ovat matalimmassa mahdollisessa energiatilassa. Joka kerta kun se törmää, se houkuttelee perustilan atomia vähän kerrallaan, tarttumalla lopulta siihen, mitä kutsutaan trilobiittisidokseksi.
"Tämä erittäin pieni vuorovaikutus etäisen atomin kanssa" voi olla vuorovaikutuksessa Rydberg-atomin kanssa siten, että tuloksena oleva molekyyli näyttää sukupuuttoon menevien niveljalkaisten fossiililta, nimeltään trilobiitit, Greene sanoi.
Trilobiittimolekyylien ennustettiin ensimmäisen kerran olevan vuonna 2000 ja kokeellisesti havaittu 15 vuotta myöhemmin. Mutta nyt, Greene ja hänen tiiminsä ennustavat, että on olemassa tapa "huijata" Rydbergin atomi muodostamaan sidos, no, ei mitään.
Heidän vain tarvitsi tehdä vähän kuvanveistämistä.
Puhtaasti teoreettisessa kokeessa ryhmä käytti tietokonealgoritmia selvittääkseen sähkö- ja magneettimpulssien sekvenssin, jota he voisivat soveltaa Rydbergin vetyatomiin, muotoilemalla se siten, että muodostuu trilobiittisidos.
Jokaisen sähköisen pulssin aikana Rydbergin vetyatomin elektronikiertorata voidaan venyttää; ja jokaisen magneettisen pulssin aikana sitä voidaan kiertää pieni määrä, Greene sanoi.
"Jonkin verran yllättävän, että välivaiheissa ennen lopullisen pulssin kohdistamista atomiin sidoselektronin tila ei näytä kovinkaan lainkaan kuin trilobiitti", Greene sanoi. "Se tarkentuu vain teräväksi halutuna tilana lopullisen pulssin lopussa."
Heidän laskelmansa osoittivat, että kuin hämähäkki ammuttaa rainansa tyhjään tilaan, Rydbergin atomi voi muodostaa trilobiittisidoksen "aave" -atomin kanssa.
"Elektroni käyttäytyy aivan kuin se olisi sidottu atomiin, mutta ei ole mitään atomia, johon sitoutua", Greene sanoi. Ja se tekee niin hyvin suunnatulla tavalla, mikä tarkoittaa, että se osoittaa melkein tarkkaan kohtaan avaruudessa, missä se olisi sitoutunut pohjatila-atomiin. Heidän mukaansa tämän sitoutumisen tyhjään tulisi pysyä vähintään 200 mikrosekuntia.
"Olemme melko varmoja", että tämä pätee, jos he kokeilevat sitä kokeellisesti, Greene sanoi. Mutta jotta se voi pitää paikkansa kokeellisesti, tutkijoiden on selvitettävä, kuinka synkronoida pulssit ja estää ulkoiset kentät, joiden poistaminen voi olla suuria esteitä, Yhdysvaltain fyysisen seuran mukaan.
Greene toivoo selvittävän, onko muita tapoja "huijata" elektroneja muodostamaan sidoksia ilman mitään, esimerkiksi käyttämällä mikroaaltoja tai nopeita laserpulsseja. Hän epäilee, että nämä atomit, jotka eivät ole sitoutuneet mihinkään, voisivat toimia toisin, jos heitä pyydetään kemiallisiin reaktioihin.
