Forskere rapporterer skabelsen af ​​Rydberg-polaroner i en Bose-gas

Hvad er der inde i et atom mellem kernen og elektronen? Normalt er der ikke noget, men hvorfor kunne der ikke også være andre partikler? Hvis elektronen kredser om kernen i stor afstand, der er masser af plads imellem til andre atomer. Et "kæmpe atom" kunne skabes, fyldt med almindelige atomer. Alle disse atomer danner en svag binding, skabe et nyt, eksotisk tilstand af stof ved kolde temperaturer, kaldet Rydberg -polaroner.

Et team af forskere har nu præsenteret denne tilstand i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve . Det teoretiske arbejde blev udført på TU Wien (Wien) og Harvard University, eksperimentet blev udført på Rice University i Houston (Texas).

To særlige områder inden for atomfysik, som kun kan studeres under ekstreme forhold, er blevet kombineret i dette forskningsprojekt:Bose-Einstein-kondensater og Rydberg-atomer. Et Bose-Einstein kondensat er en tilstand af stof skabt af atomer ved ultrakolde temperaturer, tæt på absolut nul. Rydbergatomer er dem, hvor en enkelt elektron løftes til en meget ophidset tilstand og kredser om kernen på en meget stor afstand.

"Den gennemsnitlige afstand mellem elektronen og dens kerne kan være så stor som flere hundrede nanometer - det er mere end tusind gange radius af et hydrogenatom, "siger professor Joachim Burgdörfer. Sammen med prof. Shuhei Yoshida (begge TU Wien, Wien), han har studeret egenskaberne ved sådanne Rydberg -atomer i årevis.

Først, et Bose-Einstein-kondensat blev skabt med strontiumatomer. Ved hjælp af en laser, energi blev overført til et af disse atomer, gør det til et Rydberg -atom med en enorm atomradius. Radius af den bane, hvori elektronen bevæger sig rundt om kernen, er meget større end den typiske afstand mellem to atomer i kondensatet. Derfor, elektronen kredser om sin egen atomkerne, mens adskillige andre atomer ligger inde i dens bane, også. Afhængigt af Rydberg-atomets radius og tætheden af ​​Bose-Einstein-kondensatet, hele 170 ekstra strontiumatomer kan være omsluttet af den enorme elektroniske bane.

Disse atomer har en minimal indflydelse på Rydberg -elektronens vej. "Atomer bærer ikke nogen elektrisk ladning, derfor, de udøver kun en minimal kraft på elektronen, "siger Shuhei Yoshida. Men i meget lille grad, elektronen påvirkes stadig af tilstedeværelsen af ​​de neutrale atomer langs dens vej. Det er spredt ved de neutrale atomer, men kun meget lidt, uden nogensinde at forlade sit kredsløb. Langsomme elektroners kvantefysik tillader denne form for spredning, som ikke overfører elektronen til en anden tilstand.

Som computersimuleringer viser, denne forholdsvis svage form for interaktion reducerer systemets samlede energi, og der oprettes en binding mellem Rydberg -atomet og de andre atomer inde i den elektroniske bane. ”Det er en yderst usædvanlig situation, "siger Shuhei Yoshida." Normalt vi har at gøre med ladede kerner, der binder elektroner omkring dem. Her, vi har en elektron, der binder neutrale atomer."

Denne binding er meget svagere end bindingen mellem atomer i en krystal. Derfor, denne eksotiske tilstand af stof, kaldet Rydberg polaroner, kan kun registreres ved meget lave temperaturer. Hvis partiklerne bevægede sig hurtigere, båndet ville bryde. "For os, denne nye, svagt bundet stof er en spændende ny mulighed for at undersøge fysikken i ultrakølede atomer, "siger Joachim Burgdörfer." På den måde kan man undersøge egenskaberne af et Bose-Einstein-kondensat på meget små skalaer med meget høj præcision. "