اتم غول‌آسایی که صدها اتم دیگر را در خود جای می‌دهد
فیزیک‌دانان با ترکیب پنجمین حالت ماده یعنی چگالش بوز-اینشتین و ساختار اتم ریدبرگ، اتمی استرانسیوم غول‌آسایی را ساخته‌اند که صدها اتم استرانسیوم دیگر درون آن مقید شده‌اند.
کد خبر :
۵۱۶۰۲
بازدید :
۱۹۶۴
فیزیک‌دانان با ترکیب پنجمین حالت ماده یعنی چگالش بوز-اینشتین و ساختار اتم ریدبرگ، اتمی استرانسیوم غول‌آسایی را ساخته‌اند که صدها اتم استرانسیوم دیگر درون آن مقید شده‌اند.
محققان توانسته‌اند در آزمایشگاه دانشگاه رایس در هیوستون تگزاس، وضعیت خاصی را در ماده به وجود بیاورند که اتمی غول‌پیکر و مشتمل بر چندین اتم دیگر درون آن ساخته شود.
این تیم تحقیقاتی که از دانشمندان دانشگاه تکنولوژی وین و دانشگاه هاروارد تشکیل‌شده بود، این آزمایش را در خلال بررسی این واقعیت انجام دادند که بیشتر جهان از فضای خالی ساخته شده است.
الکترون‌ها در اتم، معمولا در مداری نسبتا دور از هسته حرکت می‌کنند. این باعث می‌شود که فضایی بزرگ و خالی در میان این آجرهای سازنده جهان ایجاد شود. دانشمندان هم به این فکر افتادند که در این صورت، آیا امکان دارد که این فضای خالی را با چیز دیگری مانند چند اتم دیگر، پر کنند؟
دانشمندان فیزیک اتمی، می‌توانند اتمی به نام «اتم ریدبرگ» (Rydberg) بسازند که در آن، یک تک‌الکترون در وضعیتی برانگیخته با فاصله‌ای بسیار دورتر از معمول به دور هسته حرکت کند.
«یواخیم بورگدورفر» (Joachim Burgdörfer) استاد دانشگاه وین چنین می‌گوید: «فاصله متوسط بین الکترون و هسته، می‌تواند تا چند صد نانومتر هم برسد. این میزان، تقریبا ۱۰۰۰ برابر شعاع اتم هیدروژن است.»
بورگدورفر و همکارش، پروفسور «شوهی یوشیدا» (Shuhei Yoshida) تصمیم گرفتند نظریه اتم‌های ریدبرگ را با نظریه چگالش «بوز-اینشتن» (Bose-Einstein) ترکیب کنند. چگالش بوز-اینشتین، پنجمین حالت ماده است که در دماهای نزدیک به صفر کلوین پدیدار می‌شود و ذرات، رفتاری کاملا هماهنگ و بدون اتلاف انرژی نشان می‌دهند. در این وضعیت، فیزیک کوانتومی را با سهولت بیشتری می‌توان بررسی کرد. به صورت ساده، کاری که دانشمندان کردند، این بود که ابر رقیق‌شده‌ای از بوزون‌ها را به دمای نزدیک به صفر مطلق رساندند تا ذرات بوزون به پایین‌ترین حالت کوانتومی خود برسند.
این دو با همکاری پژوهشگران دانشگاه رایس در تگزاس، پروژه‌ای را تعریف کردند که طی آن، اتم‌های استرانسیوم را به چگالش بوز-اینشتن برسانند و سپس، با استفاده از لیزر، انرژی را به یکی از اتم‌ها منتقل کنند و آن را به یک اتم ریدبرگ تبدیل کنند.
شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داده بود که شعاع مدار الکترون در اتم ریدبرگ بسیار بیشتر از فاصله دواتم در ماده فشرده و چگال خواهد بود؛ اما آن‌چه دانشمندان در این آزمایش مشاهده کردند، الکترونی بود که در حین گردش به دور هسته اتم خود، به دور ۱۷۰ اتم استرانسیومم دیگر هم می‌چرخید.
شوهی یوشیدا دراین‌باره گفت: «اتم‌ها بار الکتریکی خالصی ندارند، بنابراین تنها می‌توانند نیروی کمی به الکترون وارد کنند. بااین‌حال، کوچک‌ترین اختلالی در اتم‌های خنثای داخل اتم غول‌پیکر، می‌تواند الکترون را کمی از مدار اصلی خود جابه‌جا و دور کند. همین برهم‌کنش‌های ضعیف، کل انرژی سیستم را کاهش می‌دهد و پیوندی بین اتم غول‌پیکر ریدبرگ و اتم‌های دیگر برقرار می‌کند. البته این وضعیت بسیار غیرمعمول است. در حالت معمول، ما با هسته باردار و الکترون‌های مقید به آن سروکار داریم؛ اما این‌جا با یک الکترون و تعدادی اتم‌های مقید مواجهیم.»
بااین‌حال، کل این سیستم تنها تا زمانی کار خواهد کرد که همه‌چیز بسیار سرد بماند. این وضعیت خاص از ماده که «پولارون‌های ریدبرگ» نام گرفته، تنها می‌تواند در دماهای بسیار پایین شکل بگیرد. اگر در این وضعیت دما افزایش پیدا کند، ذرات سریع‌تر حرکت می‌کنند و پیوندها خواهند شکست.
بورگدورفر توضیح می‌دهد: «برای ما، این وضعیت ماده با پیوندهای ضعیفش، احتمالات جدیدی را برای بررسی و مطالعه فیزیکی اتم‌های فوق‌سرد، ایجاد می‌کند. به این ترتیب، قادر خواهیم بود که ویژگی‌های چگالش بوز-اینشتن را در مقیاس‌های بسیار کوچک و با دقت بسیار بالایی بررسی کنیم.»
منبع: فوربس
این تیم تحقیقاتی که از دانشمندان دانشگاه تکنولوژی وین و دانشگاه هاروارد تشکیل‌شده بود، این آزمایش را در خلال بررسی این واقعیت انجام دادند که بیشتر جهان از فضای خالی ساخته شده است.
الکترون‌ها در اتم، معمولا در مداری نسبتا دور از هسته حرکت می‌کنند. این باعث می‌شود که فضایی بزرگ و خالی در میان این آجرهای سازنده جهان ایجاد شود. دانشمندان هم به این فکر افتادند که در این صورت، آیا امکان دارد که این فضای خالی را با چیز دیگری مانند چند اتم دیگر، پر کنند؟
دانشمندان فیزیک اتمی، می‌توانند اتمی به نام «اتم ریدبرگ» (Rydberg) بسازند که در آن، یک تک‌الکترون در وضعیتی برانگیخته با فاصله‌ای بسیار دورتر از معمول به دور هسته حرکت کند.
«یواخیم بورگدورفر» (Joachim Burgdörfer) استاد دانشگاه وین چنین می‌گوید: «فاصله متوسط بین الکترون و هسته، می‌تواند تا چند صد نانومتر هم برسد. این میزان، تقریبا ۱۰۰۰ برابر شعاع اتم هیدروژن است.»
بورگدورفر و همکارش، پروفسور «شوهی یوشیدا» (Shuhei Yoshida) تصمیم گرفتند نظریه اتم‌های ریدبرگ را با نظریه چگالش «بوز-اینشتن» (Bose-Einstein) ترکیب کنند. چگالش بوز-اینشتین، پنجمین حالت ماده است که در دماهای نزدیک به صفر کلوین پدیدار می‌شود و ذرات، رفتاری کاملا هماهنگ و بدون اتلاف انرژی نشان می‌دهند. در این وضعیت، فیزیک کوانتومی را با سهولت بیشتری می‌توان بررسی کرد. به صورت ساده، کاری که دانشمندان کردند، این بود که ابر رقیق‌شده‌ای از بوزون‌ها را به دمای نزدیک به صفر مطلق رساندند تا ذرات بوزون به پایین‌ترین حالت کوانتومی خود برسند.
این دو با همکاری پژوهشگران دانشگاه رایس در تگزاس، پروژه‌ای را تعریف کردند که طی آن، اتم‌های استرانسیوم را به چگالش بوز-اینشتن برسانند و سپس، با استفاده از لیزر، انرژی را به یکی از اتم‌ها منتقل کنند و آن را به یک اتم ریدبرگ تبدیل کنند.
شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داده بود که شعاع مدار الکترون در اتم ریدبرگ بسیار بیشتر از فاصله دواتم در ماده فشرده و چگال خواهد بود؛ اما آن‌چه دانشمندان در این آزمایش مشاهده کردند، الکترونی بود که در حین گردش به دور هسته اتم خود، به دور ۱۷۰ اتم استرانسیومم دیگر هم می‌چرخید.
شوهی یوشیدا دراین‌باره گفت: «اتم‌ها بار الکتریکی خالصی ندارند، بنابراین تنها می‌توانند نیروی کمی به الکترون وارد کنند. بااین‌حال، کوچک‌ترین اختلالی در اتم‌های خنثای داخل اتم غول‌پیکر، می‌تواند الکترون را کمی از مدار اصلی خود جابه‌جا و دور کند. همین برهم‌کنش‌های ضعیف، کل انرژی سیستم را کاهش می‌دهد و پیوندی بین اتم غول‌پیکر ریدبرگ و اتم‌های دیگر برقرار می‌کند. البته این وضعیت بسیار غیرمعمول است. در حالت معمول، ما با هسته باردار و الکترون‌های مقید به آن سروکار داریم؛ اما این‌جا با یک الکترون و تعدادی اتم‌های مقید مواجهیم.»
بااین‌حال، کل این سیستم تنها تا زمانی کار خواهد کرد که همه‌چیز بسیار سرد بماند. این وضعیت خاص از ماده که «پولارون‌های ریدبرگ» نام گرفته، تنها می‌تواند در دماهای بسیار پایین شکل بگیرد. اگر در این وضعیت دما افزایش پیدا کند، ذرات سریع‌تر حرکت می‌کنند و پیوندها خواهند شکست.
بورگدورفر توضیح می‌دهد: «برای ما، این وضعیت ماده با پیوندهای ضعیفش، احتمالات جدیدی را برای بررسی و مطالعه فیزیکی اتم‌های فوق‌سرد، ایجاد می‌کند. به این ترتیب، قادر خواهیم بود که ویژگی‌های چگالش بوز-اینشتن را در مقیاس‌های بسیار کوچک و با دقت بسیار بالایی بررسی کنیم.»
منبع: فوربس
ترجمه: سید معین عمرانی
۰
