Bliv forstyrret over intet? Du er ikke latterlig: Nogle atomer danner muligvis faktiske bindinger med "intet."
Mens en typisk kemisk binding kræver to enheder, er der en slags atom, der muligvis kan binde til "spøgelses" atomer eller dem, der ikke findes, ifølge en ny artikel offentliggjort 12. september i tidsskriftet Physical Review Letters.
Ligesom vores solsystemets planeter kredser rundt om solen, går elektroner i kredsløb omkring et atomkernen. Jo længere ud deres bane er, jo højere er elektronens energi. Men med en energibestemmelse kan elektroner ofte springe baner - og nogle går afstanden.
Rydberg-atomer har en elektron, der springer til en fjern bane, langt væk fra kernen. "Grundlæggende kan ethvert atom i den periodiske tabel blive et Rydberg-atom," fortalte seniorforfatter Chris Greene, en fremtrædende professor i fysik og astronomi ved Purdue University, til Live Science. Alt, hvad der er nødvendigt, er at skinne en laser på et atom og give dets elektroner lidt energi.
Rydberg-atomer "er usædvanligt set fra et kemi-synspunkt," sagde Greene. Det skyldes, at et ophidset elektron, der er hoppet meget langt væk fra atomkernen, kan kollidere igen og igen med et elektron i et nærliggende jordtilstandsatom - eller et hvor alle dets elektroner er i den lavest mulige energitilstand. Hver gang det kolliderer, tiltrækker det jordtilstanden atom bit for bit og til sidst fælder det i det, der kaldes trilobitbinding.
"Denne meget lille interaktion med et fjernt atom," kan interagere med Rydberg-atomet, så det resulterende molekyle ligner et fossil af de uddøde leddyr, der kaldes trilobitter, sagde Greene.
Trilobitmolekyler blev først forudsagt at eksistere i 2000 og observeret eksperimentelt 15 år senere. Men nu forudsiger Greene og hans team, at der er en måde at "narre" Rydberg-atomet til at danne en binding med, ja, intet.
Alt, hvad de havde brug for, var at gøre en smule skulptur.
I et rent teoretisk eksperiment brugte teamet en computeralgoritme til at finde ud af en række af elektriske og magnetiske impulser, de kunne anvende på et Rydberg-hydrogenatom, og forme den på en sådan måde, at den dannede trilobitbindingen.
Under hver elektrisk puls kan elektronikbanen i Rydberg-hydrogenatomet strækkes; og under hver magnetisk puls kan den sno sig en lille mængde, sagde Greene.
"Lidt overraskende ligner tilstanden af bindingselektronet overhovedet ikke meget som trilobiten i mellemtrinnene, før den endelige puls påføres til atomet," sagde Greene. "Det kommer kun i skarpt fokus som den ønskede tilstand i slutningen af den endelige puls."
Deres beregninger viste, at det, ligesom en edderkop, der skyder sit web i tomt rum, er et Rydberg-atom muligt at danne en trilobitbinding med et "spøgelses" atom.
"Elektronen opfører sig lige nøjagtigt som om den var bundet til et atom, men der er intet atom at binde til," sagde Greene. Og det gør det på en meget retningsbestemt måde, hvilket betyder, at den peger på et næsten nøjagtigt sted i rummet, hvor det ville have bundet sig til et jordtilstandsatom. Denne binding til intet, de fandt, skulle forblive i mindst 200 mikrosekunder.
"Vi er temmelig sikre på," at dette ville stemme, hvis de prøvede det eksperimentelt, sagde Greene. Men for at det kan være sandt eksperimentelt, er forskere nødt til at finde ud af, hvordan de kan synkronisere impulser og blokere eksterne felter, hvilket kan være store forhindringer at rydde ifølge American Physical Society.
Greene håber at finde ud af, om der er andre måder at "narre" elektroner til at lave bindinger med intet, f.eks. Ved at anvende mikrobølger eller hurtige laserimpulser. Han mistænker, at disse atomer, der er bundet til absolut intet, kunne opføre sig anderledes, hvis de blev bedt om at gennemgå kemiske reaktioner.
