Uluslararası bir bilim ekibi, Rydberg polaronları olarak bilinen maddednin yeni bir halinin ilk kanıtlarını buldu.
Maddedin bu hali ultra soğuk sıcaklıklarda oluşur; bir elektron çekirdeğini o kadar uzakta yuvarlar ki, diğer atomlar da yörüngede bağlı olurlar. Bütün bu atomlar Rydberg polaronlarını üreten zayıf bir bağ oluştururlar.
Yukarıdaki resimde çevresi atomlarla dolu olan bu “dev atom” un bir illüstrasyonunu görebilirsiniz . Mavi elektronun, çekirdeği kırmızıdır ve elektronun yörüngesinde bir grup yeşil atom vardır.
Nasıl Çalışmaktadır?
Bir grup stronsiyum atomu alırsanız, onu hemen soğuttuktan sonra garip bir şey fark edeceksiniz. Bu atomlar en yakınlarındaki atomlar ile birlikte bir araya gelerek bir yığın oluşturacaktır.
Lise fen bilgisi ders kitaplarınızdan bir atomun eski şemalarını, elektron yörüngeleri ile çekirdek arasında bir boşluk olduğunu hatırlayabilirsiniz.
Gerçek dünyadaki parçacık fiziği biraz farklıdır. Elektronlar gezegenlerin etrafında uydular gibi dönme eğilimi göstermez. Bunun yerine olasılık bulutları vardır.
Bu potansiyel pozisyonlar, bir elektron bulma olasılığınızın daha az olduğu gösterir. Fizikçiler bu boşluğun içindeki bütün bir atomu sıkıştırmanın mümkün olup olmadığını merak ediyorlar.
Bunu test etmek için ABD ve Avusturyalı araştırmacılardan oluşan bir ekip, Bose-Einstein yoğunlaştırma çalışmalarını Rydberg atomları adı verilen nesnelerin oluşturulması ile birleştirdi.
Bir atom topluluğundan mümkün olduğunca fazla ısı enerjisi çektiğinizde, bireysel kimliklerini kaybedip birbirlerinin kuantum durumlarını paylaşma eğilimi gösterirler.
Maddenin bu safhasına bir Bose-Einstein Yoğunlaşması denir ve parçacıkları sıfıra yakın sıcaklığa getirir. Aynı zamanda atomların kuantum özelliklerini incelemek için gereken eşsiz koşulları sağlar.
Bu durumda araştırmacılar bir dizi stronsiyum atomunu bir yoğunlaştırma maddesine soğuttu ve daha sonra bir tanesini bir lazerle ateşlediler.
Amaç, onun bir veya daha fazla elektronunu çekirdekten uzak bir yörüngede yükseltmek ve doğru bir şekilde Rydberg atomu olarak adlandırılan heyecan verici bir konum oluşturmak için onu doğru şekilde vurmaktı.
TU Wien’den Viyana’daki teorik parçacık fizikçisi Joachim Burgdörfer “Elektron ve çekirdeği arasındaki ortalama mesafe birkaç yüz nanometre kadar büyük olabilir” diyor.
Bilgisayar simülasyonları, atomlar arasındaki mesafenin elektron ve çekirdeği arasındaki mesafeden çok daha küçük olacağını gösterdi. Teorik olarak, bu kuantum sıçrayışı, yakınlardaki 170 kadar stronsiyum atomunun yeni yörüngesine uyması için yer açmalıdır.
En büyük soru, bu alışılmadık kucaklaşmadaki atomların bir araya gelmesinin birbirlerini nasıl etkileyebileceğiydi.
Fakat heyecanlı elektron, atom ile çekirdek arasındaki stronsiyum atomları tarafından hafifçe dürtüldü.
Yörüngesinden taşınması yeterli değildir ancak bu hafif saçılma etkisi, sistemdeki toplam enerji miktarını azaltmak için yeterlidir.
Böyle bir enerji düşüşü teorik olarak, Rydberg atomu ile diğer stronsiyum atomları arasında, elektronun yörüngesinde sessizce oturan -Rydberg polaronları olarak adlandırılan- deneyin sonuçlarına kanı teşkil edebilir.
Yoshida “Bu son derece alışılmadık bir durum” diyor.
Normal olarak, yüklü çekirdeklerle uğraşıyoruz, etraflarındaki elektronları bağlıyoruz, burada elektron ve bağlayıcı nötr atomlar var. ”
Bu moleküler Rydberg polaronlarından bir şey inşa etmeyi beklememeliyiz. Mesele bu değildir.
İlginç olan şey, bir yoğunlaşmadaki atomları bu tür garip durumlara yönlendirebilme yeteneğidir.
Burgdörfer, “Bizim için bu maddenin zayıf olarak bağlanmış yeni durumu ultra soğuk atomların fiziğini araştırmanın heyecan verici yeni bir olasılığı” diyor.
Bu şekilde Bose-Einstein kondensatının özelliklerini çok küçük ölçeklerde çok hassas bir şekilde inceleyebilir. ”
Bu araştırma Physical Review Letters’da yayınlandı.
Çeviri: Figen Berber