Istraživači izvještavaju o stvaranju Rydbergovog polarona u Bose gasu

Što je unutar atoma između jezgre i elektrona? Obično ne postoji ništa, ali zašto ne bi moglo biti i drugih čestica? Ako elektron na velikoj udaljenosti orbitira jezgru, postoji dosta prostora između drugih atoma. Može se stvoriti “divovski atom”, ispunjen običnim atomima. Svi ti atomi čine slabu vezu, stvarajući novo, egzotično stanje materije pri hladnim temperaturama, nazvanim Rydberg polaroni.

Tim istraživača je sada predstavio ovo stanje materije u časopisu Physical Review Letters. Teorijski rad je urađen u TU Wien (Beč) i Univerzitetu Harvard, eksperiment je izveden na Univerzitetu Rice u Hjustonu (Teksas).



Dva posebna polja atomske fizike, koja se mogu proučavati samo u ekstremnim uslovima, kombinovane su u ovom istraživačkom projektu: Bose-Einstein kondenzati i Rydbergovi atomi. Kondenzat Bose-Ajnštajna je stanje materije stvorene od strane atoma na ultrazvučnim temperaturama, blizu apsolutne nule. Rydbergovi atomi su oni u kojima jedan jedini elektron je podignut u visoko uzbuđeno stanje i jezgro kruži na vrlo velikoj udaljenosti.

“Prosječna razdaljina između elektrona i njegovog jezgra može biti veća od nekoliko stotina nanometara – to je više od hiljadu puta više od poluprečnika atoma vodonika”, kaže profesor Joachim Burgdörfer. Zajedno sa prof. Shuhei Yoshida (obe TU Wien, Beč) već godinama proučava osobine takvih Rydbergovih atoma.



Prvo, Bose-Ajnštajnov kondenzat je stvoren sa atomima stroncija. Koristeći laser, energija se prenosi na jedan od ovih atoma, pretvarajući ga u atom Ridberga sa ogromnim atomskim poluprečnikom. Radijus orbite u kome se elektron kreće oko jezgra je mnogo veći od tipičnog rastojanja između dva atoma u kondenzatu. Dakle, elektron orbitira svoje atomsko jezgro, dok se u njegovoj orbiti nalaze i brojni drugi atomi. Zavisno od radijusa Rydbergovog atoma i gustine Bose-Ajnštajnovog kondenzata, ogromna elektronska orbita može zatvoriti čak 170 dodatnih atoma stroncija.

Ovi atomi imaju minimalan uticaj na put Rydbergovog elektrona. “Atomi ne nose nikakvo naelektrisanje, stoga, oni vrše minimalnu silu na elektron”, kaže Shuhei Yoshida. Ali u vrlo maloj mjeri, na elektron i dalje utiče prisustvo neutralnih atoma duž njegove staze. Rasparen je na neutralnim atomima, ali samo vrlo blago, bez ikakvog napuštanja svoje orbite. Kvantna fizika sporih elektrona dopušta ovakvo raspršivanje, koje ne prenosi elektron u drugačije stanje.




Kako kompjuterske simulacije pokazuju, ova relativno slaba vrsta interakcije smanjuje ukupnu energiju sistema, a stvorena je veza između atoma Rydberga i drugih atoma unutar elektronske orbite. “To je vrlo neobična situacija”, kaže Shuhei Yoshida. “Obično se radi o elektronima vezanim za nuklearna jezgra, a ovdje imamo elektron koji se veže za neutralne atome.”

Ta veza je mnogo slabija od veze između atoma u kristalu. Stoga, ovo egzotično stanje materije, zvano Rydberg polaroni, može se otkriti samo na veoma niskim temperaturama. Ako se čestice brže kreću, veza bi se probila. “Za nas, ovo novo, slabo vezano stanje materije je uzbudljiva nova mogućnost istraživanja fizike ultrahladnih atoma”, kaže Joachim Burgdorfer. “Na taj način mogu istraživati osobine Bose-Ajnštajnovog kondenzata na vrlo malim vagama sa vrlo visokom preciznošću.”

Izvor: Phys.org



 311 total views,  2 views today

Arnes K.

Ja sam nastavnik i profesor fizike koji nastoji da ispuni rupe u svom i svačijem znanju kako bi svi bili bolje informisani i mogli da donosimo bolje odluke i živimo bolji život.

Šta vi mislite o ovom? Ostavite vaš komentar i podijelite mišljenje sa svima.

Sva Fizika
%d bloggers like this: