Elektrony mogą krążyć wokół jądra atomu w ten sam sposób jak asteroidy okrążają słońce. Opracowanie te może pozwolić na podniesienie na nowy poziom kontroli nad reakcjami chemicznymi. Wiele osób postrzega atomy jako miniaturowe systemy słoneczne, z punktami odpowiadającym elektronom i krążącym wokół centrum, jądra. Na początku zeszłego wieku, ten model został zastąpiony przez rozmaite niepewności wynikające z mechaniki kwantowej. W rzeczywistości kwantowej, nie jesteśmy w stanie precyzyjnie określić gdzie znajduje się elektron w danym czasie – jedynie tylko gdzie może być. Jeśli narysowalibyśmy kropkę w każdym miejscu gdzie może się znajdować, jądro zostałoby otoczone chmurą.
Teraz naukowcy pod prowadzeniem Brendana Wykera z Rice University w Houston, Texas, stworzyli układ słoneczny na wzór atomu. Wykonali chmurę elektronów krążących wokół jądra w ten sam sposób jak trojańskie asteroidy, które wchodzą w orbitę Jowisza oraz za nim podążają, kiedy ten okrąża Słońce. “Teraz wiemy, że można naśladować system słoneczny wewnątrz atomu”, powiedział członek zespołu badawczego Barry Dunning, również pracujący w Rice University.
Aby tego dokonać naukowcy zwrócili się do ogromnych rozmiarów atomów rydbergowskich. Najbardziej wysunięty elektron w takim atomie jest tak naładowany energią, że leży prawie pół milmetra od jądra atomu – “kawał drogi” – jak mówi Dunning. “On w zasadzie wisi już w tym atomie”.
Elektron został zbombardowany elektrycznymi impulsami, które ograniczyły jego możliwości lokalizacji to minimum, układając je w kształt wstęgi, przecinka, podobnie do tego jak ruszają się asteroidy trojańskie wokół Jowisza. Drugie pole elektryczne zmusza elektron do krążenia wokół jądra. “Klasyczna fizyka, którą używamy do opisania asteroidów trojańskich oraz elektronów jest identyczna, z rozróżnieniem, że do do jednych używamy pól grawitacyjnych, do drugich elektrycznych”, mówi Dunning.
“Ten eksperyment może być nazwany eleganckim”, mówi Tom Gallagher z Uniwersytetu Virginia w Charlottesville. “To są bardzo delikatne atomy. Jestem zdumiony, że naukowcom udało się je tak dobrze skontrolować jak w tych doświadczeniach”.
Końcowym celem badań, przynajmniej taką mają nadzieję naukowcy, jest kontrola atomów każdej wielkości, tak, aby można było kreować choreografię reakcji chemicznych, w celu produkowania nowych materiałów.
Źródło: Physical Review Letters Grafika: Jenny Hunter, IBM
