Blir du opprørt over ingenting? Du blir ikke latterlig: Noen atomer kan danne faktiske bindinger med "ingenting."
Mens en typisk kjemisk binding krever to enheter, er det en type atom som kan være i stand til å binde seg til "spøkelsesatomer" eller de som ikke eksisterer, ifølge en ny artikkel publisert 12. september i tidsskriftet Physical Review Letters.
Akkurat som solsystemets planeter kretser rundt solen, går elektronene i bane rundt et atomkjerne. Jo lenger ut bane deres er, jo høyere er elektronens energi. Men med en energiøkning, kan elektroner ofte hoppe i bane - og noen går distansen.
Rydberg-atomer har ett elektron som hopper til en fjern bane, langt borte fra kjernen. "I utgangspunktet kan ethvert atom i det periodiske systemet bli et Rydberg-atom," sa seniorforfatter Chris Greene, en fremtredende professor i fysikk og astronomi ved Purdue University, til Live Science. Alt som trengs er å skinne en laser på et atom, og gi elektronene litt energi.
Rydberg-atomer "er uvanlig fra et kjemisk synspunkt," sa Greene. Det er fordi et spent elektron som har hoppet veldig langt unna atomkjernen kan kollidere om og om igjen med et elektron i et nærliggende grunntilstand atom - eller et der alle elektronene er i lavest mulig energitilstand. Hver gang den kolliderer, tiltrekker den grunntilstanden atom bit for bit, og etter hvert fanger den i det som kalles trilobittbinding.
"Dette veldig bittesmå samspillet med et fjernt atom," kan samhandle med Rydberg-atomet slik at det resulterende molekylet ser ut som et fossil av de utdødde leddyr som kalles trilobitter, sa Greene.
Trilobite-molekyler ble først spådd å eksistere i 2000 og observert eksperimentelt 15 år senere. Men nå spår Greene og teamet at det er en måte å "lure" Rydberg-atomet til å danne en binding med, vel, ingenting.
Alt de trengte å gjøre var å gjøre litt skulptur.
I et rent teoretisk eksperiment brukte teamet en datamaskinalgoritme for å finne ut en sekvens av elektriske og magnetiske pulser de kunne bruke på et Rydberg-hydrogenatom, og formet den på en slik måte at den danner trilobittbindingen.
Under hver elektrisk puls kan elektronbanen til Rydberg-hydrogenatomet strekkes; og under hver magnetisk puls, kan den vri en liten mengde, sa Greene.
"Noe overraskende, i mellomtrinnene før den endelige pulsen blir påført atomet, ser ikke bindingselektronets tilstand særlig godt ut som trilobitten," sa Greene. "Det kommer bare i skarpt fokus som ønsket tilstand på slutten av den endelige pulsen."
Beregningene deres viste at i likhet med en edderkopp som skyter nettet i tomt rom, er det mulig for et Rydberg-atom å danne en trilobittbinding med et "spøkelsesatom".
"Elektronet oppfører seg akkurat som om det var bundet til et atom, men det er ikke noe atom å binde seg til," sa Greene. Og den gjør det på en veldig retningsgivende måte, og betyr at den peker til et nesten nøyaktig sted i rommet der det ville ha bundet seg til et grunnstateatom. Denne bindingen til ingenting, fant de, skulle holde seg i minst 200 mikrosekunder.
"Vi er ganske sikre," at dette ville stemme hvis de prøvde det eksperimentelt, sa Greene. Men for at det skal virke eksperimentelt, vil forskere måtte finne ut hvordan de kan synkronisere pulser og blokkere eksterne felt, noe som kan være store hindringer å fjerne, ifølge American Physical Society.
Greene håper å finne ut om det er andre måter å "lure" elektroner til å lage bindinger med ingenting, for eksempel ved å bruke mikrobølger eller raske laserpulser. Han mistenker at disse atomene, bundet til absolutt ingenting, kunne oppføre seg annerledes hvis de ble bedt om å gjennomgå kjemiske reaksjoner.
