Фізики створили гігантські молекули, що нагадують трилобітів

Дослідники вперше безпосередньо спостерігали дивну молекулу трилобіту Рідберга.

Німецькі фізики з Університету Кайзерслаутерн-Ландау вперше створила чисті молекули трилобіту Рідберга. Незвичайні структури відрізняються найбільшим електричним дипольним моментом серед усіх відомих молекул і зовні нагадують скам'янілості трилобітів. Відкриття дозволило вченим по-новому подивитись квантову активність електронів, що вони розсіюються поблизу атомів.

Для свого експерименту фізики використовували хмару атомів рубідії, охолоджену в надвисокому вакуумі приблизно до 100 мкК - це приблизно на 0,0001 градуса вище за абсолютний нуль. За допомогою лазерів вчені перевели деякі з цих атомів у рідбергівський стан.

У цьому процесі зовнішній електрон у кожному разі виводиться на далекі орбіти навколо атомного тіла. Радіус орбіти електрона може становити більше 1 мкм, що робить електронну хмару більше ніж невелика бактерія.

Хервіг Отт , співавтор дослідження

Якщо всередині цього гігантського "бульбашки" знаходиться інший атом, який знаходиться в основному (незбудженому) стані, утворюється молекула. При цьому між атомами виникає ні на що несхожий хімічний зв'язок. Якщо у звичайних молекулах бувають ковалентні, іонні, металеві чи диполярні зв'язки, то всередині трилобіту «клеєм» служить квантово-механічне розсіювання рідбергівського електрона.

Уявіть електрон, який швидко обертається навколо ядра. При кожній подорожі він стикається з атомом, який перебуває в основному стані. На відміну від нашої інтуїції квантова механіка вчить нас, що ці зіткнення призводять до ефективного тяжіння між електроном і атомом.

Макс Альтон , співавтор дослідження

Властивості цих молекул дивовижні: через хвильову природу електрона численні зіткнення призводять до інтерференційної картини, схожої на трилобіти. Більше того, довжина зв'язку молекули дорівнює довжині орбіти електрона набагато більше, ніж у будь-якої іншої двоатомної молекули. А оскільки збуджений електрон сильно притягується другим атомом, постійний електричний дипольний момент надзвичайно великий: понад 1700 дебаїв.

Вчені використали спектроскопію для виявлення та вивчення цих дивних молекул. Результати експерименту допомагають зрозуміти фундаментальні механізми зв'язку між атомами в основному стані та рідбергівськими атомами, які останнім часом стали багатообіцяючою платформою для квантових обчислень.