Внутри атома любого вещества, несмотря на его крайне малые размеры, присутствует достаточно большое количество пустого пространства, самое большое количество которого приходится на промежуток, разделяющий ядро и нижний электронный слой. Но недавно, ученые из США и Австрии заполнили некоторые пустые промежутки структуры атома и получили новую форму материи в виде гигантских «атомов», заполненных другими атомами. Созданный учеными гигантский атом носит название полярона Райдберга, его размер составляет несколько сотен нанометров, что в тысячу раз больше размера атома водорода.
Возбужденный электрон (синий) вращается вокруг ядра (красного) атома на таком большом расстоянии, чтобы в него могли входить другие атомы (зеленые), создавая новое состояние вещества, известное как ридберговские поляроны
© TU Wien
Для создания атома Райдберга ученые из Венского технологического университета, университета Райс и Гарвардского университета использовали конденсат Бозе-Эйнштейна. Это экзотическое состояние материи формируется, когда атомы вещества охлаждаются до температуры, очень близкой к температуре абсолютного нуля. При такой температуре тепловое движение атомов практически прекращается и все они начинают синхронно колебаться, демонстрируя весьма необычное коллективное поведение. Отметим, что конденсат Бозе-Эйнштейна уже не раз использовался учеными для создания весьма и весьма экзотических форм материи, таких, как сверхтвердые частицы, экситониум и материя с отрицательной массой.
В данном случае конденсат Бозе-Эйнштейна состоял из атомов стронция. После процедуры охлаждения ученые использовали свет лазера для того, чтобы привести один из атомов в возбужденное состояние, в котором он от избытка энергии теряет один электрон. Этот электрон начинает вращаться вокруг иона-ядра на гораздо большем расстоянии, чем это делают электроны в обычных условиях. И такая система уже представляет собой атом Райдберга.
Орбита движения отделившегося электрона настолько широка, что в ее пределах могут поместиться другие атомы стронция. Ученым удалось заметить атом Райдберга, внутри которого было заключено 170 других атомов. Количество поглощенных атомом Райдберга других атомов зависит от энергии накачки, т.е. от радиуса орбиты электрона, и от плотности исходного конденсата Бозе-Эйнштейна.
Так же ученые заметили, что атомы, поглощенные атомом Райдберга, хоть и взаимодействуют друг с другом, но делают это очень и очень слабо. Электрон этого атома тормозится встречающимися на его пути нейтральными атомами и движется настолько медленно, что уже не может перейти в любое другое энергетическое состояние. Когда ученые произвели расчет математической модели такой системы, они нашли, что слабое взаимодействие атомов уменьшает суммарную энергию системы, которая расходуется на образование взаимосвязей между атомами, заключенными внутри атома Райдберга.
Интересен и необычен тот факт, что в данном случае электрически нейтральные атомы связываются и удерживаются в виде единого целого одним электроном. И это указывает на то, что атом или полярон Райдберга представляет собой новую форму материи, которую, после тщательного изучения, можно будет использовать в науке и которая может стать основой будущих экзотических технологий.
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters
Источник: dailytechinfo.org
