Po prvi put, fizičari su uspeli da stvore čudnu, krhku vrstu strukture u laboratoriji poznatoj kao trilobitni Ridbergov molekul.
Izgradnja i posmatranje ovih egzotičnih atomskih struktura dalo je naučnicima novi uvid u kvantnu aktivnost elektrona dok se rasipaju u blizini atoma.
Pošto su njihove hemijske veze različite od bilo koje druge (koje znamo), nalazi otvaraju puteve za razvoj boljih teorijskih modela molekula i razumevanje njihove dinamike.
Ridbergovi molekuli su stvoreni od vrste atoma poznatog kao Ridbergov atom. U normalnom atomu, imate jezgro, okruženo svojim sićušnim rojem elektrona. Ako atomu dodate samo malo energije, roj elektrona se malo ispuhuje, čineći atom malo većim i labavijim.
Ridbergov atom je ono što dobijate kada dodate mnogo energije pod uslovima koji mu omogućavaju da i dalje zadrži svoje elektrone. Napuhuje se prilično veliko, za atom, mnogo mikrona u prečniku, a elektroni su otprilike onoliko labavo vezani koliko mogu da dobiju a da ne odlete.
Pošto su tako labavi, Ridbergovi atomi se ponašaju na neki preterani način, što ih čini korisnim za izvođenje eksperimenata.
Molekuli su rasporedi atoma koji se na neki način spajaju zajedno, kao što je zajedničko roditeljstvo elektrona ili možda kroz kontrastna naelektrisanja. Ako koristite Ridbergov atom, dobijate Ridbergov molekul, ali način na koji se atomi drže jedan za drugog može se veoma razlikovati od veza koje spajaju konvencionalnije molekule.
I mogu izgledati veoma različito, sa distributivnim elektronskim obrascima koji mogu da liče, recimo, na trilobita ili leptira.
Predvođen fizičarem Maksom Altonom sa Univerziteta Kajzerslautern-Landau, tim naučnika u laboratoriji Herviga Otta je po prvi put stvorio čiste trilobitne Ridbergove molekule.
Počeli su sa atomima rubidijuma, ultra ohlađenim na samo 0,0001 stepen iznad apsolutne nule. Zatim su koristili laser da uzbude neke od atoma u Ridbergova stanja.
„U ovom procesu, najudaljeniji elektron u svakom slučaju se dovodi u daleke orbite oko atomskog tela“, kaže Ot. „Orbitalni radijus elektrona može biti veći od jednog mikrometra, čineći oblak elektrona većim od male bakterije.“
Ridbergov molekul se može stvoriti dovođenjem atoma osnovnog stanja – onog koji nije pobuđen u Ridbergovo stanje – u nabujali elektronski roj Ridbergovog atoma, pri čemu se dva atoma ne drže zajedno sa standardnim hemijskim vezama, već čudnom kvantnom privlačnošću .
„To je kvantno mehaničko rasejanje Ridbergovog elektrona od atoma osnovnog stanja, koje spaja to dvoje zajedno“, objašnjava Althon.
„Zamislite da elektron brzo kruži oko jezgra. Na svakom kružnom putu, on se sudara sa atomom u osnovnom stanju. Za razliku od naše intuicije, kvantna mehanika nas uči da ovi sudari dovode do efektivnog privlačenja između elektrona i atoma osnovnog stanja. “
Zbog ponovljenih sudara, elektroni se raspoređuju u interferencijski obrazac koji podseća na segmentirani omotač trilobita.
Ima i neka druga fascinantna i čudna svojstva. Dužina molekularne veze je skoro iste veličine kao Ridbergova orbita, što će reći, prilično velika za atomske razmere. I snaga privlačenja između elektrona i atoma osnovnog stanja je takođe prilično visoka.
To znači da Ridbergovi molekuli imaju veći električni dipolni moment od bilo kog drugog molekula; odnosno razdvajanje pozitivnih i negativnih električnih naelektrisanja, takođe poznato kao polaritet.
Trilobitni Ridbergovi molekuli koje su Althon i njegove kolege primetili imaju električni dipolni moment veći od 1.700 debaja, a to je izuzetno visoko. Za molekule vode ova mera je manja od 2 debaja.
Sposobnost ne samo stvaranja, već i ispitivanja čistih trilobitnih Ridbergovih molekula daje fizičarima novi alat za testiranje i razumevanje kvantnog carstva.
Takođe ima potencijalne aplikacije za kvantnu obradu informacija. I, kažu istraživači, moglo bi se šire primeniti za proučavanje ovih čudnih molekula među različitim vrstama.
„U zaključku, izmerili smo dve vibracione serije čistih trilobitnih Ridbergovih molekula korišćenjem trofotonske fotoasocijacije“, pišu oni. „Ovom metodom bi trebalo biti moguće stvaranje trilobitnih molekula u bilo kom elementu koji ima negativnu dužinu rasejanja s-talasa.“
