O echipă de fizicieni teoreticieni şi experimentalişti de la University of Stuttgart a studiat un singur atom având o mărime de ordinul micrometrilor. Acest atom conţine zeci de mii de atomi obişnuiţi în cadrul orbitei electronului său. Aceste rezultate au fost publicate în revista Nature. Interacţiunea dintre electroni şi materie este fundamentală în ceea ce priveşte proprietăţile materialelor cum ar fi conductivitatea electrică.

 

 

 



Imaginea sistemului studiat: Un atom Rydberg foarte excitat care constă dintr-un singur electron (culoarea albastră) care se deplasează pe o orbită largă în jurul nucleului încărcat pozitiv (culoarea roşie). Atomul Rydberg are aceeaşi extindere spaţială că a norului atomic ultrarăcit. Mişcarea electronului generează oscilaţii, aşa-numiţii fononi, în gazul cuantic.

 

Electronii sunt împrăştiaţi din atomii aflaţi în materia înconjurătoare şi ei pot provoca oscilaţii, aşa-numiţii fononi, transferând astfel energie în mediul înconjurător. Electronul este în acest fel încetinit, un efect care provoacă apariţia rezistenţei electrice. Cu toate acestea, în anumite materiale fononii pot provoca, în mod surprinzător, un efect opus, așa-numita supraconductibilitate, la care rezistența electrică scade la zero. Înțelegerea interacțiunii dintre electroni şi materie este, prin urmare, un obiectiv important atât pentru a putea răspunde la întrebări fundamentale cât şi pentru a putea rezolva probleme tehnice.

Observarea unui singur electron este cea mai potrivită metodă pentru a realiza o cercetare fundamentală a unor astfel de procese. Pentru prima dată, fizicienii din Stuttgart au realizat un sistem model în laborator în care interacţiunea dintre un singur electron cu mai mulţi atomi, aflaţi în interiorul orbitei sale, poate fi studiată. Aceşti atomi provin dintr-un nor de atomi ultrarăciţi până la o temperatură apropiată de zero absolut, ceea ce reprezintă aşa-numitul condensat Bose-Einstein.

Ideea de bază este simplă: în loc de a utiliza o capcană pentru electron care reprezintă o provocare din punct de vedere tehnic, oamenii de ştiinţă se folosesc de faptul că electronii se deplasează întotdeauna în jurul unui nucleu atomic încărcat pozitiv. Într-o imagine clasică a atomului, electronii se deplasează pe orbite elipsoidale în jurul nucleului. Aceste orbite sunt de obicei foarte mici, având o mărime mai mică de un nanometru. Pentru a obţine o interacțiune între un electron şi mai mulţi atomi, un atom este excitat în cadrul unui nor compus din 100.000 de atomi prin utilizarea unei raze laser de lumină. În acest fel, orbita unui singur electron se măreşte până la o dimensiune de câţiva micrometri şi astfel s-a format un atom Rydberg. La o scară atomică, acest atom este imens, mai mare decât cele mai multe bacterii care sunt formate fiecare din mai multe miliarde sau trilioane de atomi. Un atom Rydberg conţine zeci de mii de atomi din norul rece. Acesta este cazul în care electronul este prins într-un volum bine delimitat şi în acelaşi timp el interacţionează cu un număr mare de atomi. Această interacţiune este atât de puternică încât întregul nor atomic, care conţine 100.000 de atomi, este puternic influenţat de mişcarea unui singur electron. În funcţie de starea cuantică a electronului, acesta excită fononii din norul atomic a căror acţiune poate fi percepută şi măsurată sub forma unor oscilaţii colective ale întregului nor care culminează cu o pierdere de atomi din capcană.

Observaţiile experimentale realizate de grupul de cercetători conduşi de prof. Tilman Pfau ar putea fi explicate, în mare măsură, printr-o activitate în grup a atomilor din nor care stă la baza teoriei grupului a prof. Hans Peter Büchler. Cu toate acestea, această lucrare reprezintă doar baza pentru o serie viitoare de experimente interesante. Conform unor studii anterioare, un electron lasă o urmă clară în norul atomic din jur în cursul deplasării sale. Prin urmare, pare posibil să se poată observa un singur electron aflat într-o stare cuantică bine definită. Datorită legăturii pe care această cercetare o poate avea cu diferite domenii ale ştiinţei, inclusiv optica cuantică, rezultatele obţinute au fost publicate în revista Nature care este foarte respectată în cadrul publicaţiilor de profil.



Traducere de Cristian-George Podariu după giant-atom-quantum-gas cu acordul editorului

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.