מתעצבנים בגלל כלום? ובכן, אתה לא מגוחך: אטומים מסוימים עשויים ליצור קשרים ממשיים עם "כלום".
בעוד שקשר כימי טיפוסי מצריך שני ישויות, יש סוג אחד של אטום שעשוי להיות מסוגל לקשור לאטומי "רוח רפאים" או כאלה שאינם קיימים, כך עולה ממאמר חדש שפורסם בספטמבר 12 בכתב העת Physical Review Letters.
בדיוק כמו שכוכבי הלכת של מערכת השמש שלנו סובבים סביב השמש, אלקטרונים מסתובבים סביב גרעין האטום. ככל שהמסלול שלהם רחוק יותר, כך אנרגיית האלקטרונים גבוהה יותר. אבל עם דחיפה אנרגטית, לעתים קרובות אלקטרונים יכולים לקפוץ מסלולי מסלול - ויש כאלה שמרחיקים מרחק.
לאטומי רידברג יש אלקטרון אחד שקופץ למסלול רחוק, הרחק מהגרעין. "בעיקרון, כל אטום בטבלה המחזורית יכול להפוך לאטום רידברג", אמר הסופר הבכיר כריס גרין, פרופסור מכובד לפיזיקה ואסטרונומיה מאוניברסיטת פרדו, ל- Live Science. כל מה שצריך זה להאיר לייזר על אטום, לתת לאלקטרונים שלו קצת אנרגיה.
אטומי רידברג "לא שגרתיים מבחינה כימית", אמר גרין. הסיבה לכך היא שאלקטרון נרגש שקפץ רחוק מאוד מגרעין האטום יכול להתנגש שוב ושוב עם אלקטרון באטום מצב קרקעי סמוך - או כזה שכל האלקטרונים שלו נמצאים במצב האנרגיה הנמוך ביותר האפשרי. בכל פעם שהוא מתנגש, הוא מושך את אטום מצב האדמה טיפין אחר טיפין, ובסופו של דבר לוכד אותו במה שמכונה קשר טרילוביט.
"אינטראקציה זעירה מאוד זו עם אטום רחוק" יכולה ליצור אינטראקציה עם אטום רידברג כך שהמולקולה המתקבלת נראית כמו מאובן של פרוקי הרגל הנכחדים הנקראים טרילוביטים, אמר גרין.
מולקולות טרילוביט חזהו לראשונה להתקיים בשנת 2000 ונצפו בניסיון 15 שנה לאחר מכן. אולם כעת, גרין וצוותו מנבאים שיש דרך "להערים" על אטום רידברג ליצירת קשר עם, ובכן, כלום.
כל מה שהם היו צריכים לעשות זה לעשות קצת פיסול.
בניסוי תיאורטי גרידא, הצוות השתמש באלגוריתם ממוחשב כדי להבין רצף של פולסים חשמליים ומגנטיים שיוכלו להחיל על אטום מימן של רידברג, ועיצבו אותו באופן שייווצר את הקשר הטרילוביטי.
במהלך כל דופק חשמלי ניתן למתוח את המסלול האלקטרוני של אטום המימן רידברג; ובמהלך כל דופק מגנטי, ניתן לסובב אותו כמות זעירה, אמר גרין.
"באופן מפתיע, בשלבי הביניים לפני הפעלת הדופק הסופי על האטום, מצבו של האלקטרון המקשר לא נראה בכלל כמו הטרילוביט", אמר גרין. "זה נכנס רק למיקוד חד כמצב הרצוי בסוף הדופק הסופי."
החישובים שלהם הראו כי בדומה לעכביש היורה את רשתו לחלל ריק, יתכן כי אטום רידברג יוצר קשר טרילוביט עם אטום "רוח רפאים".
"האלקטרון מתנהג בדיוק כאילו הוא נקשר לאטום, אבל אין אטום שאפשר להיקשר אליו", אמר גרין. והיא עושה זאת בצורה מאוד כיוונית, כלומר היא מצביעה על נקודה כמעט מדויקת בחלל בה היא הייתה קשורה לאטום של מצב קרקעי. הקשר הזה לכלום, הם מצאו, אמור להישאר לפחות 200 מיקרו-שניות.
גרין אנחנו אמרו כי "אנחנו די בטוחים" שזה אכן היה נכון אם ינסו את זה בניסיון. אך על מנת שזה יקיים באופן ניסיוני, החוקרים יצטרכו להבין כיצד לסנכרן קטניות ולחסום שדות חיצוניים, מה שעלול להיות מכשולים גדולים לנקות, על פי החברה האמריקאית לפיזיקליות.
גרין מקווה להבין אם ישנן דרכים אחרות "להערים" על אלקטרונים ליצירת קשרים ללא כלום, למשל על ידי הפעלת מיקרוגלים או פעימות לייזר מהירות. הוא חושד שהאטומים האלה, הקשורים לשום דבר לחלוטין, יכולים להתנהג אחרת אם יתבקשו לעבור תגובות כימיות.
