Extrañas moléculas con forma de trilobites creadas en laboratorio por primera vez: ScienceAlert

Por primera vez, los físicos han logrado crear en el laboratorio un tipo de estructura extraña y frágil conocida como la molécula de trilobites de Rydberg.

Construir y observar estas extrañas estructuras atómicas ha brindado a los científicos nuevos conocimientos sobre la actividad cuántica de los electrones a medida que se propagan cerca de los átomos.

Dado que sus enlaces químicos no se parecen a ningún otro (tal como los conocemos), los resultados abren posibilidades para desarrollar mejores modelos teóricos de moléculas y comprender su dinámica.

Las moléculas de Rydberg se crean a partir de un tipo de átomo conocido como Átomo de Rydberg. En un átomo normal, tienes un núcleo rodeado por un pequeño enjambre de electrones. Si se añade un poco de energía al átomo, el enjambre de electrones se hincha un poco, haciendo que el átomo sea un poco más grande y más flexible.

Un átomo de Rydberg es lo que se obtiene cuando se le añade mucha energía en condiciones que le permiten retener sus electrones. Tiene un abultamiento muy grande, de varias micras de diámetro para un átomo, y los electrones están unidos lo más libremente posible sin salir volando.

Debido a que son incoherentes, los átomos de Rydberg se comportan de manera exagerada, haciéndolos… Útil para realizar experimentos..

Las moléculas son disposiciones de átomos que están agrupados de alguna manera, como por ejemplo mediante electrones compartidos o quizás mediante cargas opuestas. Si usas un átomo de Rydberg, obtienes una molécula de Rydberg, pero la forma en que los átomos se unen Pueden ser muy diferentes a los bonos. Que une moléculas más convencionales.

Pueden verse muy diferentes, con patrones de distribución de electrones que pueden parecerse, por ejemplo, a un trilobiteso un mariposa.

Dirigido por el físico Max Althon de la Universidad de Kaiserslautern-Landau, un equipo de científicos del laboratorio Herwig Ott ha creado por primera vez moléculas puras de trilobites Rydberg.

Comenzaron con átomos de rubidio, sobreenfriados a una temperatura de sólo 0,0001 grados por encima del cero absoluto. Luego utilizaron láseres para excitar algunos de los átomos a estados de Rydberg.

«En este proceso, el electrón más externo es llevado en cada caso a órbitas distantes alrededor del cuerpo atómico», Ott dice. «El radio de la órbita de los electrones puede ser de más de un micrómetro, lo que hace que la nube de electrones sea más grande que una pequeña bacteria».

Se puede crear una molécula de Rydberg llevando un átomo en estado fundamental (que no ha sido excitado al estado de Rydberg) al enjambre de electrones hinchado de un átomo de Rydberg, donde los dos átomos se mantienen unidos no por enlaces químicos estándar, sino por enlaces extraños. gravedad cuántica. .

«Es la dispersión mecánica cuántica del electrón de Rydberg del átomo en estado fundamental lo que une a los dos». alton explica.

«Imagínese un electrón que orbita rápidamente alrededor del núcleo. En cada viaje de ida y vuelta, choca con un átomo en estado fundamental. Contrariamente a nuestra intuición, la mecánica cuántica nos enseña que estas colisiones conducen a una atracción efectiva entre el electrón y el átomo en estado fundamental. «

Debido a las repetidas colisiones, los electrones se distribuyen en un patrón de interferencia similar al escudo segmentado de un trilobites.

Tiene también otras propiedades maravillosas y extrañas. La longitud del enlace molecular es aproximadamente del mismo tamaño que el orbital de Rydberg, que es muy grande en escalas atómicas. La fuerza de atracción entre el electrón y el átomo en estado fundamental también es muy alta.

Esto significa que las moléculas de Rydberg tienen una mayor Momento dipolar eléctrico que cualquier otra molécula; Es decir, la separación de cargas eléctricas positivas y negativas, también conocida como polaridad.

Las moléculas de trilobites Rydberg observadas por Alton y sus colegas tienen un momento dipolar eléctrico de más de 1.700 Debbies, que es muy alto. Para las moléculas de agua, esta medida es inferior a 2 Debye.

La capacidad no solo de crear trilobites Rydberg puros, sino también de explorarlos, brinda a los físicos una nueva herramienta para probar y comprender el mundo cuántico.

También tiene aplicaciones potenciales para el procesamiento de información cuántica. Los investigadores dicen que podría aplicarse más ampliamente para estudiar estas moléculas extrañas en diferentes especies.

«En conclusión, hemos medido dos cadenas vibratorias de moléculas puras de trilobites de Rydberg utilizando coherencia óptica de tres fotones». escriben. «De esta manera, debería ser posible crear partículas de trilobites en cualquier elemento con una longitud de dispersión de onda negativa s».

La investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza.