Экспериментально подтверждена возможность коллапса атомов

Экспериментально подтверждена возможность коллапса атомов

Положительный заряд ядра и отрицательный — электрона находятся в состоянии баланса, оттого электрон на ядро не падает и не улетает от него. И всё-таки при определённых условиях этот баланс должен нарушаться, то есть электрон обязан в прямом смысле валиться на ядро, вызывая безвременную кончину атома. Но даже из того факта, что планеты, звёзды и люди всё же существуют, очевидно, что происходит это лишь при весьма специфических условиях. Такое состояние наступает при заряде ядра (то есть количестве протонов в нём) выше 137 (недавние вычисления подняли эту цифру до 170), и тогда теоретически электрон должен не просто упасть на ядро, а породить там своих двойников из антимира — позитроны, которые затем улетят в окружающее пространство и натворят всякого.

Искусственное ядро атома, состоящее из пяти димеров кальция на графене, в электронном облаке, находящемся на границе коллапса (здесь и ниже илл. M. Crommie).

«Такие атомы, как ожидалось, сколлапсируют, "забрав" электрон из вакуума, притянув его к ядру и получив избыточный заряд,» — поясняет Леонид Левитов из Массачусетского технологического института (США), один из авторов новой работы, посвящённой этой теме.

Казалось бы, отличное предположение — в том смысле, что крепко неопровержимое: ядра атомов выше 118 у нас пока не получается ни в природе найти, ни создать искусственно. Уже много лет физики надеются взять твердыню если не измором, то хитростью. Поскольку таких тяжёлых элементов достать не удаётся, сходного эффекта пытаются добиться, сталкивая два ядра (например, урана с атомным номером 92) на устроителях частиц. «Такие эксперименты проводились десятилетиями», — комментирует ситуацию г-н Левитов. Но, конечно, ясного свидетельства коллапса атома не было.

Поэтому авторы рассматриваемой работы предложили использовать новую хитрость для симулирования такого коллапса. В графене — одноатомной в толщину решётке из атомов углерода — электроны, в силу необычной топологии этого материала, ведут себя как безмассовые частицы, хотя на самом деле масса у них есть. Однако двигаются они со скоростями намного меньшими, чем настоящие безмассовые частицы. А значит, состояния, формально сходные с коллапсами атомов, с участием таких электронов можно вызвать при во столько же раз меньшем заряде ядра.

В качестве заменителей атомных ядер физики использовали пары атомов (димеры) кальция на графеновой подложке. Используя как манипулятор сканирующий туннельный микроскоп, они получили чёткие свидетельства события, полностью аналогичного коллапсу ядер атомов.

Нормальный электрон вокруг нормального ядра (как те, из которых состоим мы с вами) и ультрарелятивистские электроны вокруг неустойчивого сверхкритического ядра.

Как только три таких димера оказались достаточно близко друг к другу, окружающее поле электронов показало специфический спектр резонансов, точно совпадавших с теми, что десятилетие назад были предсказаны для коллапса атома. Наблюдавшиеся резонансы сохранялись и для искусственных «ядер атомов» из четырёх и пяти димеров.

Хотя идея эксперимента была в том, чтобы подтвердить давние квантовомеханические предсказания относительно коллапса атомов, приложения у неё могут быть в меру практическими. Во-первых, как оказалось, так можно изучить многие свойства графена, который сейчас активно продвигается на роль материала для электроники. Во-вторых, такая чувствительность искусственных «атомов» на графене позволяет надеяться на использование подобных структур как детекторов химических и биомаркеров.

Однако кое-что в итогах опыта не вполне ясно. Удаление заряда от такого искусственного «ядра» давало реакцию окружающих электронов, очень отличающуюся от того, что случалось, когда заряд, напротив, добавляли. С точки зрения квантовой механики ничего такого не предсказывалось. «Это значит, что там происходит что-то, чего мы не понимаем», — считает Леонид Левитов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Источник: science.compulenta.ru

Похожие новости:
Падающие атомы проверили закрученность пространства-времени
Физики из университетов Гуаньчжоу и Сунь Ятсена проверили универсальность гравитации по отношению к объектам, обладающим различным спином. С точностью вплоть до десятимиллионных долей авторам удалось показать, что свободное падение для атомов рубидия не зависит от их собственного момента импульса. Этот результат ..
2016-07-09 1852 0 Научные открытия
0
Физики впервые получили фотонные тримеры
Американские физики впервые экспериментально зарегистрировали связанные состояния из трех фотонов. Образование необычных для фотонов тримеров происходит при прохождении лазерного пучка через облако охлажденных атомов рубидия за счет формирования промежуточных поляритонных состояний, пишут ученые в Science. В отличие ..
2018-02-18 5098 0 Научные открытия
0
Впервые измерена сила взаимодействия частиц антиматерии
Участники коллаборации STAR, включающей исследователей из России, впервые смогли измерить силу взаимодействий между частицами антиматерии — антипротонами, то есть античастицами по отношению к протонам. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature.Эксперименты проводились на релятивистском коллайдере тяжелых ионов ..
2015-11-05 1441 0 Научные открытия
0
Физики проконтролировали движение электронов с точностью до трех аттосекунд
Группа исследователей при участии российских физиков сумела провести эксперимент, в котором им впервые в мире удалось контролировать сверхбыстрые движения электронов с точностью до трех аттосекунд. Эксперимент проводился на лазере на свободных электронах FERMI, установленном в международном исследовательском центре «Elettra ..
2016-02-23 1570 0 Научные открытия
-1
Ученые усомнились в реальности борофена
Две группы химиков пришли к противоположным выводам о возможности существовании аналога графена, составленного из атомов бора. Ученым из Университета Брауна и китайского Университета Цинхуа удалось получить молекулу, напоминающую фрагмент такого вещества; ученые из МФТИ и Нанкинского университета ..
2014-02-06 1201 0 Научные открытия
0
Тяжелым солитонам отказали в праве на существование
Физики провели одну из крупнейших численный симуляций на суперкомпьютере и показали, что «тяжелые солитоны» увиденные ранее учеными из Массачусетского технологического института, на самом деле являются не солитонами, а «квантовыми аналогами дымных колец». Работа ученых из Вашингтонского университета опубликована в журнале ..
2014-02-05 1431 0 Научные открытия
0
Ученые предсказали существование самой легкой формы льда
Ученые из Университета Небраски-Линкольна предсказали существование семнадцатой формы льда с рекордно низкой плотностью. Результаты работы были опубликованы в журнале Science Advances.Новая форма льда, согласно исследованиям ученых, при обычных условиях представляет собой клатрат s-III — кристаллическое ..
2016-02-14 1372 0 Научные открытия
1
Черное тело притянуло атомы цезия
Физики впервые экспериментально измерили силу притяжения, которая действует на отдельные атомы цезия со стороны черного тела. Эта сила оказалась в несколько раз больше гравитационной силы и силы давления электромагнитного излучения, пишут авторы работы, опубликованной в Nature Physics. Эффект ..
2017-12-11 3880 0 Научные открытия
0
Физики увидели «нанозвезды» на фоне «сверхпроводящей вселенной»
Российские физики вместе с французскими коллегами впервые увидели возбужденные состояния вокруг единичных магнитных атомов железа. Они обнаружили, что магнитные атомы создают возмущения, которые выглядят как осциллирующие «нанозвезды» на фоне «сверхпроводящей вселенной». Результаты своих исследований авторы ..
2015-10-13 1483 0 Научные открытия
-1
Физики сфотографировали атом водорода
Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа международной группы представлена ..
2013-05-27 2129 1 Научные открытия
0
Точная оценка числа Авогадро поможет дать новое определение килограмма
Международный коллектив ученых предложил усредненное значение числа Авогадро, рассчитанное на основе их предыдущих экспериментов. Поскольку это число связано со многими важными константами физики, оно имеет большое значение для нового определения понятия килограмма, которое планируют представить в 2018 ..
2015-07-15 6305 0 Научные открытия
0
Придумано описывающее самозарождение жизни уравнение
Ученые из США и Великобритании предложили уравнение, описывающее число миров, жизнь в которых возникла в результате самозарождения, а не была привнесена с других планет. Исследование ученых опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и доступно на сайте arXiv.org.Число образуемых в единицу времени ..
2016-07-07 1691 0 Научные открытия
0
Создана модель для изучения водорода на Юпитере
Некоторые эксперименты действительно трудно выполнить на практике. Чтобы получить детальное представление о поведении молекулярного водорода (H2), например, мы должны были бы производить такие высокие давления, как те, которые происходят в ядре газовых планет, таких как Юпитер и Сатурн или внутри ..
2014-03-27 1168 0 Научные открытия
0
Ученые научились передвигать макрообъекты с помощью света
Международная группа физиков продемонстрировала систему, в которой с помощью света управляла движением макрообъекта – 30-микронного стеклянного "пончика", используя квантово-механические законы микромира. Статья с результатами работы ученых опубликована в журнале Nature. Краткое ее изложение приводится в пресс-релизе ..
2012-02-8 1856 1 Научные открытия
0
Загадочному физическому явлению нашли объяснение
Физики из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC выяснили механизм работы аномального сверхпроводника титаната стронция, который способен проводить электричество без сопротивления несмотря на то, что не является металлом. Об этом сообщает издание Science Alert.Титанат стронция — это оксид, однако ..
2018-03-27 6023 0 Научные открытия
0