Физики впервые поймали электронно-атомную бабочку

Ученые из -США и -Германии впервые увидели то, как -два атома связываются друг с -другом через -один электрон, удаленный от -них на -огромное расстояние, формируя своеобразную молекулу-бабочку, говорится в -статье, опубликованной в -журнале Nature Communications.

Электроны в нормальных атомах расположены всего в -одном или -двух ангстремах (0,1 нанометра) от -их ядра, однако в -Ридберговских атомах электрон может находиться в -сотни и -тысячи раз дальше, на -невозможно далеком расстоянии. В 2002 году мы поняли, что подобные электроны могут связать один атом с -другим на -очень больших дистанциях, образовав экзотическую молекулу Ридберга,  объясняет Криc Грин (Chris Greene) из -университета Пардью (США).

Грин и -его коллеги смогли впервые увидеть то, как -электроны каждого из -атомов в -такой молекуле будут вращаться вокруг их ядер по -необычным орбитам, напоминающим по -своей форме крылья бабочки, наблюдая за -поведением атомов рубидия, щелочного металла, охлажденных до -почти абсолютного нуля, 100 нанокельвинов. -

При таких температурах облака из -атомов рубидия, распыленных в -специальной вакуумной камере, образуют другую экзотическую форму материи, так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна. Он представляет собой необычную по -своим свойствам жидкость, которая ведет себя как -один атом и -обладает типичными атомными свойствами. Это, как -рассказывает учеными, позволяет легко манипулировать свойствами подобных искусственных атомов.

Воспользовавшись этим, американские и -германские физики превратили конденсат в -атом Ридберга, выдернув один из -электронов коллективного атома во -внешнюю среду при -помощи лазерного импульса, а -затем соединив его с -другим атомом рубидия, изменив частоту пучков фотонов, вырабатываемых лазером.

Обстреливая эту Ридберговскую молекулу при -помощи других пучков лазера, ученые впервые получили спектр такой конструкции, подтвердив, что она действительно похожа на -бабочку, и -изучили ее свойства, измерив силу, с -которой атомы Ридберга сцепляются друг с -другом и -с электроном. -

К примеру, одно из -уникальных свойств подобных молекул-бабочек заключается в -том, что они обладают огромным дипольным моментом (в ней есть зоны с -частично положительным и -отрицательными зарядами), несмотря на -то, что состоят из -двух одинаковых атомов. Это позволяет ее легко двигать и -манипулировать ей при -помощи слабых электрических полей.

Это, по -словам Грина, ускорит создание первых квантовых компьютеров и -молекулярных машин. Атомы Ридберга давно рассматриваются физиками в -качестве базы для -кубитов, элементарных ячеек таких вычислительных машин, однако ученые в -прошлом испытывали сложности при -попытках манипулировать ими. Использование молекул-бабочек, как -надеются авторы статьи, поможет решить эту проблему.

Крылья «бабочки», нарисованные движением атомов в экзотической молекуле