Невъзможната физика: създадоха молекула от три хелиеви атома

Физиците за първи път създадоха стабилна екзотична молекула от три хелиеви атома, които се намират на невъзможно голямо разстояние благодарение на свързващите ги квантови сили.

Нейното съществуване е било предсказано от съветски физици в 70-те години на миналия, век, става ясно от статия, публикувана в сп. Science.

Съветският учен Виталий Ефимов още през 70-те години е предсказал възможността за съществуване на материя, намираща се в екзотично „триизмерно“ състояние.

В състоянието на Ефимов материята се състои от три частици, свързани помежду си на квантово ниво. За да възникне такава връзка между тях, е необходимо те да се намират на строго определено разстояние една от друга.

Когато дистанцията между частиците се увеличи 22,7 пъти, състоянието на Ефимов възниква отново, а по-нататъшното увеличение на разстоянието води до безкрайно редуване на състояния на Ефимов.

През последните 40 години физиците спорят ожесточено в опит да потвърдят или опровергаят изчисленията на Ефимов, и чак през 2005 година австрийски изследователи успели да обединят три цезиеви атома в подобна структура и да докажат, че физиката на Ефимов съществува.

Екип немски и руски физици под ръководството на Максим Куницки от Гьоте университет Франкфурт на Майн успели да съберат подобна тройна молекула от хелиеви атоми. Повече от 38 години учените се опитват да постигнат създаването ѝ.

Куницки и колегите му успели да получат хелиеви тримери и да ги отделят от обичайните „двойни“ молекули на този газ с помощта на свръхкъси лазерни импулси, с които физиците облъчвали хелиевите атоми.

Подобно облъчване води дотам, че хелиевата молекула се „взривява“, както се изразяват физиците, и се разпада на индивидуални йони. Те се разлитат настрани с определена скорост и в определена посока, по която може да се възстанови оригиналното им положение и да се изясни била ли е унищожена молекула на Ефивом тример, или на обикновен „двоен“ хелий.

Използвайки този прийом, екипът на Куницки успял да създаде два типа триатомни молекули в облак от хелиеви атоми, охладени до температура, близка до абсолютната нула. В първия от тях атомите били разположени на минимално разстояние един от друг, което обаче е 100 пъти по-голямо от типична химична връзка между атомите, а във втория – на рекордно далечно.

© GU

Въпреки предсказанията „триъгълникът“ молекули от втория тип не бил равностранен или равнобедрен – той бил силно разтеглен и един от трите атома винаги се намирал по-далече от двете други частици, отколкото тези две частици били отдалечени една от друга. Такава молекула била нестабилна, макар че хелиевите „тройки“ от първия тип можели да съществуват безкрайно дълго без външна намеса в техния живот.

Както смятат авторите на статията, тази техника за „дресиране на атомите“ може да се използва за създаването и изучаването на други видове Ефимови тримери, състоящи се от атоми на други елементи.

Бъдещото им изучаване, надяват се учените, ще помогне да се разбере каква роля може да играят такива квантови молекули в природата и в живота на Вселената и как може да се приложат в промишлеността и науката.

„Това е първата Ефимова система, която някога е била откривана. Подобни тримери са летели из лабораториите, във вакуумните камери, без да взаимодействат с уредите и без да се нуждаят от външна подкрепа. Максим я създаде в нашата малка лазерна лаборатория и за това не бяха необходими големи машини или ускорители“, заключава Рейнхард Дернер (Reinhard Doerner), ръководител на лабораторията и колега на Куницки.

Източник: РИА Новости