26 май 2013 г. 16:47 ч.
Светослав Александров. Международен екип от учени пръв е заснел ултраструктурата на водороден атом във възбудено състояние! Невероятното проучване е публикувано в Physical Review Letter, списание с импакт фактор 7. Статията е получена на 18 януари т.г., рецензирана е на 13 март и е допусната за публикация на 20 май.
Това е първото директно наблюдение на орбиталната структура на възбуден атом, като наблюдението е осъществено с помощта на т.нар. "квантов микроскоп", който използва фотойонизационна микроскопия за директно визуализиране на структурата. Демонстрацията на научния екип показва, че фотойонизационната микроскопия, която за пръв път е предложена преди повече от 30 години, може да бъде реализирана експериментално и може да се използва за изучаване на тънкостите на квантовата механика.
Според авторите на научно проучване това представлява снимка на възбуден водороден атом. Photo credit : APS/Alan Stonebraker
Както всички сме изучавали в училище, структурата на един атом представлява нещо, което до този момент не е било наблюдавано визуално, затова са се използвали различни модели. През 19-ти век се е считало, според модела на Джоузеф Томсън, че атомът е подобен на пудинг със стафиди, при който веществото с положителен заряд се намира равномерно в целия атом, а отрицателните частички (електроните) са разпръснати в него като в пудинг. По-късно Ръдърфорд създава планетарен модел на атома, след като установява, че положителният заряд е концентриран в малка част от целия обем - това е ядрото. Електроните пък обикалят около ядрото като планети. Скоро след Ръдърфорд, се налага модел на Бор, който създава квантов модел на атома - при него светлината се излъчва и поглъща на малки порции (кванти) - за пръв път се появява концепцията за основно и възбудено състояние на атома и преход на електроните от една на друга орбитала. Но и този модел не е перфектен, защото не може да обясни поведението на сложните атоми.
През 20-те години на 20-ти век Луи дьо Бройл предлага ново революционно твърдение - електронът на атома има свойствата не само на частица, но и на вълна. По-късно Ервин Шрьодингер публикува известното уравнение, което носи неговото име.
Днес квантовите физици използват уравнението на Шрьодингер и други формули, за да описват свойствата на частиците, относно това как те се държат в пространството и времето. Физиците достигат до много сложни числа и комплексни графики. Но до този момент учените са разчитали единствено на тези математични модели, без да бъдат в състояние да наблюдават директно вълновата функция.
Едно устройство, което би могло да даде увеличение, при което да можем да погледнем структурата на електрона, би могло да разкрие директно свойствата на частиците, които до този момент са убягвали от взора на учените. Съобразно статията на Анета Стодолна от института по атомна и молекулярна физика АМОЛФ и нейния екип е разработен метод, при който е картографирана структурата на електронната орбитала на водороден атом, поставен в статично електрично поле.
След като атомът е облъчен с лазерни пулсации, йонизирани електрони избягват и следват специфична траектория към 2D детектор (двойна микроканална плоча, поставена перпендикулярно на полето). Има много траектории, по които могат да поемат електроните, за да достигнат една и съща точка на детектора, което дава на учените т.нар. белези на смущения - белези, които отразяват нодалната структура на вълновата функция.
Изследователите успяха да използват електростатични лещи, за да увеличат постъпващата електронна вълна повече от 20 000 пъти.
По-нататък учените планират да използват същата технология, за да разберат как атомите взаимодействат, когато са поставени в магнитно поле.
По информация от: Американското физично дружество, io9.com