Однако, как оказалось, при определённых условиях электрон можно
заставить бегать вокруг ядра почти что как планету, то есть –
локализовать его, не нарушая связанности частей системы. Экспериментаторы из университетов Райса, Венского технологического и американской национальной лаборатории в Окридже создали атом Ридберга, в котором электрон находился в высоковозбуждённом состоянии (на высоком энергетическом уровне). Далее
при помощи импульсов электрического поля учёные заставили волновую
функцию электрона коллапсировать. Частица обратилась в локализованный
волновой пакет, внешне напоминающий запятую (это были границы, где
электрон может быть найден). В таком состоянии электрон продолжил
обращение вокруг ядра, но на очень короткое время. Физики же
хотели заставить его бегать по орбите бесконечно, и так, чтобы не
нарушалась целостность атома. Учёные приложили к атому вращающееся
радиочастотное электрическое поле, передаёт
PhysOrg.com. Поле захватило локализованный электрон (ту самую
«запятую») и заставило синхронно обращаться вокруг ядра. Другой
электрический импульс позволил сделать мгновенную «фотографию» такой
экзотической системы.
«Троянский» волновой пакет, обращающийся вокруг ядра атома, словно группа астероидов-троянцев (кадр Rice University).
Правда, ридберговский атом в момент анализа разрушался. Но объединив
данные по десяткам тысячам таких опытов, физики показали, что
локализованный электрон ведёт себя в точности так же, как троянские астероиды Юпитера. Последние
находятся в точках Лагранжа на орбите Юпитера, и все вместе формируют
две «запятые» (по форме похожие на локализованный волновой пакет),
опережающие газовый гигант и отстающие от планеты в её пути вокруг
Солнца. И пусть поведение астероидов и планет описывается
классической механикой, совпадение тут далеко не случайно. Знаменитый
датский физик Нильс Бор ещё в 1920 году сделал прогноз об отношении
между законами движения Ньютона и квантовой физикой. «Бор
предсказал, что квантовомеханическое описание физического мира для
систем достаточного размера будет совпадать с классическим описанием,
представленным ньютоновской механикой, — говорит
лидер группы исследователей Барри Даннинг (Barry Dunning). — Бор также
указал на условия, при которых это соответствие можно было бы наблюдать.
В частности, такое совпадение должно проявляться в атомах с очень
высоким значением главного квантового числа». Именно
это предсказание и подтвердили учёные. В их опытах главное квантовое
число электрона в ридберговском атоме составляло от 300 до 600. «В таких
возбуждённых состояниях атомы калия в сотни тысяч раз больше, чем
обычно, и походят по размеру на точку в конце предложения, — объясняет
Даннинг. — Таким образом, они являются хорошими кандидатами для проверки
предсказания Бора». Так же как волновой пакет в ридберговском
атоме был захвачен комбинированным электрическим полем ядра и внешних
волн, астероиды-троянцы контролируются совместным гравитационным полем
Солнца и Юпитера, — продолжают проводить аналогию физики.
Подробности эксперимента можно найти – в статье
в Physical Review Letters. В дальнейшем авторы этой работы хотят
локализовать сразу два электрона и заставить их бегать вокруг ядра как
две планеты – каждая по своей орбите.
|