اتم بزرگی که اتم های کوچکتر را در خود جای می دهد

 

محققان به تازگی نوع عجیبی از ماده را تولید کرده اند که در آن تعداد متعددی اتم داخل یک اتم بزرگ تر ایجاد شده اند.

این نوع ماده که در آزمایشگاهی در شهر هیوستون ایالت تگزاس آمریکا به دست آمده بسیاری از تصورات پیشین محققان در مورد یکی از حقایق مهم را به چالش کشیده؛ این موضوع که تقریباً هر چیزی در دنیا از مقدار زیادی فضای خالی تشکیل شده است.

داخل اتم ها، الکترون ها معمولاً با فاصله بسیار زیاد از هسته گردش می کنند، در حالی که در این بین فضای خالی بزرگی (در حد اندازه اتمی) وجود دارد. این ایده موجب می شود که در واقع بتوانیم بسیاری از جهان که از اتم ها تشکیل شده را خالی تصور کنیم.

در فیزیک اتمی دانشمندان می توانند یک اتم را به گونه ای ایجاد کنند که تنها یک الکترون در حالت برانگیخته (وضعیتی با انرژی بیشتر نسبت به حالت معمول) با فاصله بسیار بالاتر از معمول به دور هسته آن گردش کند. این اتم ها به نام اتم ریدبرگ شناخته می شوند.

جاگذاری اتم های کوچ روی اتم های بزرگ 1 300x300 - اتم بزرگی که اتم های کوچکتر را در خود جای می دهد

محققان این پژوهش قصد داشتند تئوری اتم های ریدبرگ را با چگالش بوز-اینشتینترکیب کنند. چگالش بوز-اینشتین حالتی از ماده است که در دمای بسیار پایین (نزدیک به صفر کلوین) پدیدار می شود و در این وضعیت ذرات رفتاری هماهنگ و بدون اتلاف انرژی را از خود نشان می دهند. در این شرایط محققان می توانند فیزیک کوانتومی را به راحتی مطالعه کنند.

در حین آزمایش محققان چگالش بوز-اینشتین را با استفاده از یک اتم استرانسیمایجاد کردند و از طریق تاباندن نور لیزر توانستند انرژی را بر یکی از اتم ها اعمال کنند تا به این ترتیب آن را به اتم ریدبرگ بدل کنند.

شبیه سازی های کامپیوتری مشخص کرده بودند که شعاع گردش یک الکترون در اتم ریدبرگ می تواند بسیار بزرگتر از فاصله بین دو اتم در یک ماده با چگالی بالا باشد و به این ترتیب در پژوهش های اخیر مشاهده شد که یک الکترون در اتم ریدبرگ علاوه بر اینکه به دور هسته اتم خود می چرخد، به دور ۱۷۰ اتم استرانسیم محبوس شده دیگر نیز چرخش می کند.

جاگذاری اتم های کوچ روی اتم های بزرگ 1 300x225 - اتم بزرگی که اتم های کوچکتر را در خود جای می دهد

الکترون آبی رنگ در حالی که به دور هسته خود گردش می کند، به دلیل اینکه مدار گردشش بسیار بزرگ است، در واقع به دور اتم های دیگری که داخل مدارش قرار گرفته اند نیز گردش می کند.

به گفته یکی از محققان این پروژه، اتم های یاد شده هیچ بار الکتریکی در خود ندارند و به این ترتیب تنها انرژی بسیار ناچیزی به الکترون آنها وارد می شود. اما علی رغم این آشفتگی اندکِ اتم های خنثی که در اتم بزرگتری قرار دارند، جدا شدن الکترون می تواند به آرامی و با جابجایی اندکی در مدار اتفاق بیفتد و به این ترتیب کل انرژی سیستم کاهش یابد. در نتیجه پیوندی بین اتم ریدبرگ بزرگ با اتم های داخلی آن ایجاد می شود.

به گفته محققان این اتفاق بسیار غیر معمول است. در حالت عادی با هسته های دارای باری روبرو هستیم که الکترون هایی آنها را احاطه کرده اند؛ در حالی که در پژوهش اخیر الکترونی داریم که به دور اتم های خنثی دیگری گردش می کند.

با این وجود کل این اتفاقات تنها در دماهای بسیار پایین پیش می آید. در صورتی که دما افزایش یابد، کل سیستم تغییر می کند و ذرات سریعتر حرکت می کنند و ارتباط آنها با یکدیگر متلاشی می شود.

در نهایت این ماده با اتصالات ضعیف موجب شده بررسی اتم ها در شرایط بسیار سرد مهیا شود و می توان خصوصیات حالت چگالش بوز-اینشتین را در مقیاس بسیار کوچک ولی با دقت بالا مورد بررسی قرار داد.