Sich über nichts aufregen? Nun, Sie sind nicht lächerlich: Einige Atome können tatsächliche Bindungen mit "nichts" eingehen.
Während eine typische chemische Bindung zwei Entitäten erfordert, gibt es eine Art von Atom, das möglicherweise an "Geister" -Atome oder solche, die nicht existieren, binden kann, so ein neues Papier, das am 12. September in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde.
So wie die Planeten unseres Sonnensystems um die Sonne kreisen, kreisen Elektronen um den Atomkern. Je weiter ihre Umlaufbahn entfernt ist, desto höher ist die Energie des Elektrons. Aber mit einem Energieschub können Elektronen oft in Umlaufbahnen springen - und einige gehen die Strecke.
Rydberg-Atome haben ein Elektron, das in eine entfernte Umlaufbahn springt, weit weg vom Kern. "Grundsätzlich kann jedes Atom im Periodensystem ein Rydberg-Atom werden", sagte der leitende Autor Chris Greene, ein angesehener Professor für Physik und Astronomie an der Purdue University, gegenüber Live Science. Alles, was benötigt wird, ist, einen Laser auf ein Atom zu richten und seinen Elektronen ein bisschen Energie zu geben.
Rydberg-Atome "sind vom chemischen Standpunkt aus ungewöhnlich", sagte Greene. Das liegt daran, dass ein angeregtes Elektron, das sehr weit vom Atomkern entfernt ist, immer wieder mit einem Elektron in einem nahe gelegenen Grundzustandsatom kollidieren kann - oder einem, bei dem sich alle Elektronen im niedrigstmöglichen Energiezustand befinden. Jedes Mal, wenn es kollidiert, zieht es das Atom im Grundzustand Stück für Stück an und fängt es schließlich in einer sogenannten Trilobitenbindung ein.
"Diese sehr winzige Wechselwirkung mit einem entfernten Atom" kann mit dem Rydberg-Atom so interagieren, dass das resultierende Molekül wie ein Fossil der ausgestorbenen Arthropoden namens Trilobiten aussieht, sagte Greene.
Trilobitenmoleküle wurden erstmals im Jahr 2000 vorhergesagt und 15 Jahre später experimentell beobachtet. Aber jetzt sagen Greene und sein Team voraus, dass es eine Möglichkeit gibt, das Rydberg-Atom dazu zu bringen, eine Bindung mit nichts aufzubauen.
Alles, was sie tun mussten, war ein bisschen Bildhauerei zu machen.
In einem rein theoretischen Experiment verwendete das Team einen Computeralgorithmus, um eine Folge von elektrischen und magnetischen Impulsen herauszufinden, die sie an ein Rydberg-Wasserstoffatom anlegen konnten, und formte es so, dass es die Trilobitenbindung bildete.
Während jedes elektrischen Impulses kann das Elektronenorbital des Rydberg-Wasserstoffatoms gedehnt werden; und während jedes magnetischen Impulses kann es eine winzige Menge verdreht werden, sagte Greene.
"Etwas überraschend ist, dass in den Zwischenstadien, bevor der letzte Impuls an das Atom angelegt wird, der Zustand des Bindungselektronens dem Trilobiten überhaupt nicht sehr ähnlich sieht", sagte Greene. "Es wird erst am Ende des Endimpulses als gewünschter Zustand scharf."
Ihre Berechnungen zeigten, dass ein Rydberg-Atom wie eine Spinne, die ihr Netz in den leeren Raum schießt, eine Trilobitenbindung mit einem "Geister" -Atom eingehen kann.
"Das Elektron verhält sich genauso, als wäre es an ein Atom gebunden, aber es gibt kein Atom, an das man sich binden kann", sagte Greene. Und das auf sehr gerichtete Weise, was bedeutet, dass es auf eine nahezu exakte Stelle im Raum zeigt, an der es sich an ein Grundzustandsatom gebunden hätte. Sie fanden heraus, dass diese Bindung an nichts mindestens 200 Mikrosekunden dauern sollte.
"Wir sind ziemlich zuversichtlich", sagte Greene, dass dies zutreffen würde, wenn sie es experimentell versuchen würden. Damit dies experimentell zutrifft, müssen die Forscher herausfinden, wie Impulse synchronisiert und externe Felder blockiert werden können, was laut der American Physical Society große Hürden darstellen könnte.
Greene hofft herauszufinden, ob es andere Möglichkeiten gibt, Elektronen dazu zu bringen, Bindungen mit nichts herzustellen, beispielsweise durch Anlegen von Mikrowellen oder schnellen Laserpulsen. Er vermutet, dass sich diese Atome, die an absolut nichts gebunden sind, anders verhalten könnten, wenn sie zu chemischen Reaktionen aufgefordert würden.
