Da bismo razumjeli kako se atomi kombiniraju u molekule, moramo ih uhvatiti u akciji. Ali da bi to učinili, fizičari moraju učiniti da se atomi zaustave dovoljno dugo da bi se njihove interakcije zabilježile.
To nije lak zadatak, ali uspjeli su ga fizičari sa Univerziteta Otago.
Do sada je najbolji način za razumijevanje zamršenosti različitih interakcija atoma bio izračunavanje korelacija na osnovu srednjih vrijednosti među nakupinama čestica.
Ova verzija atomske tehnologije sa mnoštvom izvora pruža mnogo korisnih nauka, ali ne uspijeva shvatiti ključne detalje sudara i drobljenja sudara između pojedinih čestica zbog kojih se drugi raspršuju i stapaju.
Čak i ako uspijete uhvatiti nekoliko atoma u istom prostoru, svaki sudar može uzrokovati izlazak atoma iz vašeg eksperimenta.
Jedan od načina za analizu takvih sudara je hvatanje izoliranih atoma ekvivalentom malene pincete, zadržavanje u mirovanju i bilježenje promjena kako dolaze.
Srećom, takav par pinceta postoji. Napravljene od posebno poravnate polarizovane svjetlosti, ove laserske kliješta mogu djelovati kao optički zamke za male predmete.
S obzirom na relativno kratke talasne dužine svjetlosti, eksperimentator ima dobre šanse da uhvati nešto tako sićušno kao jedan atom. Naravno, prvo morate ohladiti atome kako biste ih lakše uhvatili, a zatim ih odabrati u praznom prostoru.
Mikkel Andersen (lijevo) i Marvin Weiland u laboratoriju za fiziku.
Zvuči lako. Ali postupak zahtijeva pravu tehnologiju i puno strpljenja.
“Naša metoda uključuje pojedinačno hvatanje i hlađenje tri atoma na temperaturu od oko milionitog Kelvina pomoću visoko fokusiranih laserskih zraka u hipervakuumskoj (vakuumskoj) komori veličine tostera”, kaže fizičar Mikkel F. Andersen.
“Polako kombiniramo zamke koje sadrže atome kako bismo proizveli kontrolirane interakcije koje mjerimo.”
U ovom su slučaju svi atomi bili sorte rubidija koji se vežu da bi stvorili molekule dirubidijuma, ali dva atoma sama po sebi nisu dovoljna da se to postigne.
“Dva atoma ne mogu formirati molekul; za kemiju su potrebna najmanje tri”, kaže fizičar Marvin Weiland.
Modeliranje kako se to događa pravi je izazov. Jasno je da se dva atoma moraju približiti dovoljno da stvore vezu, dok treći oduzima dio te veze kako bi ih ostavio vezane.
Teško je razraditi matematiku kako se samo dva atoma sastaju da bi se dobio molekul. Uzimanje svih radnji u obzir može biti noćna mora.
U teoriji, rekombinacija tri tijela između atoma trebala bi ih natjerati da napuste zamku, što obično dodaje još jedan problem fizičarima koji pokušavaju proučavati interakcije između više atoma.
Koristeći namjensku kameru za promatranje promjena, tim je zabilježio trenutak kad su se čestice rubidija približile jedna drugoj i ustanovile da stopa gubitka nije tako visoka kao što se očekivalo.
U stvarnosti to također znači da se molekuli nisu okupljali tako brzo kako bi to mogli objasniti postojeći modeli.
Nešto u vezi s ograničavanjem atoma i kvantnim efektima kratkog dometa može pomoći u objašnjavanju ove sporosti, ali činjenica da je to neočekivano znači da se puno fizike može istražiti kroz ovaj proces.
“Razvojem bi ova tehnika mogla pružiti način za stvaranje i kontrolu pojedinačnih molekula određenih hemikalija.”
Dalji eksperimenti pomoći će u pročišćavanju ovih modela kako bi se bolje objasnilo kako grupe atoma rade zajedno kako bi se sastale i povezale pod različitim uslovima.
U svijetu tehnologije koja se stalno poboljšava, nije teško zamisliti potrebu za procesima u kojima se mikroskopski krugovi i napredni lijekovi grade atom po atom, jedan po jedan spoj.
“Naše istraživanje pokušava utrti put sposobnosti za izgradnju na vrlo malim razmjerima, naime na atomskoj razini, i vrlo sam uzbuđen kad vidim kako će naša otkrića utjecati na tehnološki napredak u budućnosti”, kaže Andersen.
Ovo istraživanje objavljeno je u časopisu Physical Review Letters.
Izvori: Fotografija: Univerzitet u Otagu
