Να πάρει αναστατωμένος πάνω από τίποτα; Λοιπόν, δεν είσαι γελοία: Μερικά άτομα μπορεί να σχηματίζουν πραγματικούς δεσμούς με "τίποτα".
Ενώ ένας τυπικός χημικός δεσμός απαιτεί δύο οντότητες, υπάρχει ένα είδος ατόμου που μπορεί να είναι ικανό να δεσμεύει τα άτομα «φάντασμα» ή εκείνα που δεν υπάρχουν, σύμφωνα με ένα νέο έγγραφο που δημοσιεύθηκε στις 12 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Physical Review Letters.
Ακριβώς όπως οι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου. Όσο πιο μακριά είναι η τροχιά τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια του ηλεκτρονίου. Αλλά με μια ενεργειακή ώθηση, τα ηλεκτρόνια μπορούν συχνά να φτάσουν σε τροχιές - και μερικές πηγαίνουν στην απόσταση.
Τα άτομα Rydberg έχουν ένα ηλεκτρόνιο που μεταπηδά σε μια μακρινή τροχιά, μακριά από τον πυρήνα. "Βασικά, κάθε άτομο στο περιοδικό πίνακα μπορεί να γίνει άτομο του Rydberg", δήλωσε στο Live Science ο ανώτερος συγγραφέας Chris Greene, διακεκριμένος καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Purdue. Το μόνο που χρειάζεται είναι να λάμψει ένα λέιζερ σε ένα άτομο, δίνοντας ηλεκτρόνια του λίγο ενέργεια.
Τα άτομα Rydberg "είναι ασυνήθιστα από τη σκοπιά της χημείας", ανέφερε ο Greene. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα διεγερμένο ηλεκτρόνιο που έχει πηδήξει πολύ μακριά από τον πυρήνα του ατόμου μπορεί να συγκρούεται ξανά και ξανά με ένα ηλεκτρόνιο σε ένα κοντινό άτομο εδάφους - ή όπου όλα τα ηλεκτρόνια του βρίσκονται στη χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Κάθε φορά που συγκρούεται, προσελκύει το άτομο ground-state λίγο κατά λίγο, τελικά παγιδεύοντας το σε αυτό που ονομάζεται δεσμός trilobite.
«Αυτή η πολύ μικρή αλληλεπίδραση με ένα μακρινό άτομο» μπορεί να αλληλεπιδράσει με το άτομο Rydberg έτσι ώστε το προκύπτον μόριο να μοιάζει με απολιθώματα των εξαφανισθέντων αρθροπόδων που ονομάζονται τριλοβίτες, είπε ο Greene.
Τα μόρια τριλοβιτών προβλέφθηκαν για πρώτη φορά το 2000 και παρατηρήθηκαν πειραματικά 15 χρόνια αργότερα. Αλλά τώρα, ο Greene και η ομάδα του προβλέπουν ότι υπάρχει ένας τρόπος να «εξαπατήσουμε» το άτομο Rydberg να σχηματίσει έναν δεσμό με, καλά, τίποτα.
Το μόνο που έπρεπε να κάνουν είναι να κάνουν ένα κομμάτι της γλυπτικής.
Σε ένα καθαρά θεωρητικό πείραμα, η ομάδα χρησιμοποίησε έναν αλγόριθμο υπολογιστή για να υπολογίσει μια ακολουθία ηλεκτρικών και μαγνητικών παλμών που θα μπορούσαν να εφαρμόσουν σε ένα άτομο υδρογόνου Rydberg, διαμορφώνοντάς τον έτσι ώστε να σχηματίσει τον δεσμό τριλοβιτών.
Κατά τη διάρκεια κάθε ηλεκτρικού παλμού, το τροχιακό ηλεκτρόνιο του ατόμου υδρογόνου Rydberg μπορεί να τεντωθεί. και κατά τη διάρκεια κάθε μαγνητικού παλμού, μπορεί να στρεβλωθεί μια μικρή ποσότητα, είπε ο Greene.
"Κάπως απροσδόκητα, στα ενδιάμεσα στάδια πριν από την εφαρμογή του τελικού παλμού στο άτομο, η κατάσταση του δεσμευτικού ηλεκτρονίου δεν μοιάζει καθόλου με τον τριβολίτη", ανέφερε ο Greene. "Έρχεται μόνο σε έντονη εστίαση ως επιθυμητή κατάσταση στο τέλος του τελικού παλμού."
Οι υπολογισμοί τους έδειξαν ότι, όπως ένας αράχνης που πυροβολεί τον ιστό του σε κενό χώρο, είναι δυνατό για ένα άτομο Rydberg να σχηματίσει έναν δεσμό τριλοβιτών με ένα άτομο "φάντασμα".
"Το ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται ακριβώς όπως ακριβώς ήταν συνδεδεμένο με ένα άτομο, αλλά δεν υπάρχει κανένα άτομο που να δεσμεύεται", είπε ο Greene. Και το κάνει με έναν πολύ κατευθυντικό τρόπο, που σημαίνει ότι δείχνει ένα σχεδόν ακριβές σημείο στο διάστημα όπου θα είχε συνδεθεί με ένα άτομο ground-state. Αυτός ο δεσμός σε τίποτα, βρήκαν, θα πρέπει να παραμείνει για τουλάχιστον 200 μικροδευτερόλεπτα.
"Είμαστε αρκετά σίγουροι", ότι αυτό θα ισχύει αν το δοκίμασαν πειραματικά, είπε ο Greene. Αλλά για να είναι πειραματικά, οι ερευνητές θα πρέπει να καταλάβουν πώς να συγχρονίσουν τους παλμούς και να μπλοκάρουν τα εξωτερικά πεδία, τα οποία θα μπορούσαν να είναι μεγάλα εμπόδια για να καθαριστούν, σύμφωνα με την Αμερικανική Φυσική Εταιρεία.
Ο Greene ελπίζει να διαπιστώσει αν υπάρχουν άλλοι τρόποι να «εξαπατήσουν» τα ηλεκτρόνια να κάνουν δεσμούς με τίποτα, όπως με την εφαρμογή μικροκυμάτων ή γρήγορων παλμών λέιζερ. Υποπτεύεται ότι αυτά τα άτομα, δεμένα σε απολύτως τίποτα, θα μπορούσαν να συμπεριφέρονται διαφορετικά εάν τους ζητηθεί να υποστούν χημικές αντιδράσεις.
