Атом с атомами: ученые нашли экзотическое состояние материи
Обычно пространство между ядром атома и электронами пустует. Международная команда специалистов доказала, что, при достаточно большой дистанции между частицами, при низких температурах можно создать гигантскую структуру, названную «поляроном Ридберга».
Теоретическая часть исследования была проведена сотрудниками Венского технического и Гарвардского университетов, отмечается в статье eurekalert.org. Эксперименты осуществлялись в Райсовском университете, Хьюстон, Техас. Команда установила, что, при достаточном удалении электрона от ядра, образовавшееся пространство может заполниться обычными атомами. Все они формируют слабые связи, создавая при низких температурах новое, экзотическое состояние вещества, названное «поляронами Ридберга».
Проект представлен в Physical Review Letters. Он объединил 2 специфических сферы атомной физики, доступных для изучения только при экстремальных условиях: конденсаты Бозе-Эйнштейна и атомы Ридберга. Первые формируются при температуре, близкой к абсолютному нулю. В атомах Ридберга орбита электрона сильно удаляется от ядра.
«Дистанция между элементами достигает нескольких сотен нм – в 1000 раз больше радиуса атома водорода», — сказал профессор Иоахим Бургдорфер, годами изучавший такие структуры с профессором Шушеем Есидой (Венский университет).
Получив конденсат Бозе-Энштейна из атомов стронция, авторы, с помощью лазера, превратили его в структуру Ридберга. В ней, помимо электрона, вращающегося вокруг атомарного ядра, оказалось множество других атомов. В зависимости от плотности конденсата и других свойств, их количество варьировалось в пределах 170 шт.
«Атомы не имеют электрического заряда и почти не влияют на электрон, — объяснил Есида. – Но, в некоторой степени, частица чувствует их присутствие. При контакте с нейтральными атомами наблюдается легкое рассеяние, но недостаточное для смены орбиты. Квантовая физики медленных электронов допускает такие отклонения, не переводящие частицу в другое состояние».
Согласно компьютерной симуляции, слабое взаимодействие уменьшает общую энергию системы, что позволяет создать связи между ридбергским и другими атомами внутри орбиты. Структура существует только при сверхнизких температурах, открывая новые возможности в исследовании физики ультрахолодных атомов.