Over niets overstuur raken? Nou, je bent niet belachelijk: sommige atomen kunnen een echte band vormen met 'niets'.
Hoewel een typische chemische binding twee entiteiten vereist, is er één soort atoom dat zich kan hechten aan "spook" -atomen of die niet bestaan, volgens een nieuw artikel dat op 12 september in het tijdschrift Physical Review Letters is gepubliceerd.
Net zoals de planeten van ons zonnestelsel in een baan om de zon draaien, cirkelen elektronen rond de atoomkern. Hoe verder hun baan is verwijderd, hoe hoger de energie van het elektron. Maar met een energieboost kunnen elektronen vaak rondjes hoppen - en sommigen gaan de hele afstand.
Rydberg-atomen hebben één elektron dat naar een verre baan springt, ver weg van de kern. "In feite kan elk atoom in het periodiek systeem een Rydberg-atoom worden", vertelde senior auteur Chris Greene, een vooraanstaande professor in natuurkunde en astronomie aan de Purdue University, aan WordsSideKick.com. Het enige dat nodig is, is om een laser op een atoom te laten schijnen, waardoor de elektronen een beetje energie krijgen.
Rydbergatomen 'zijn chemisch gezien ongebruikelijk', zei Greene. Dat komt omdat een opgewonden elektron dat heel ver van de atoomkern is gesprongen, keer op keer kan botsen met een elektron in een nabijgelegen atoom in de grondtoestand - of eentje waar al zijn elektronen zich in de laagst mogelijke energietoestand bevinden. Elke keer dat het botst, trekt het beetje bij beetje het atoom van de grondtoestand aan, waardoor het uiteindelijk wordt vastgehouden in wat trilobietbinding wordt genoemd.
"Deze zeer kleine interactie met een atoom op afstand", kan een wisselwerking hebben met het Rydberg-atoom, zodat het resulterende molecuul eruitziet als een fossiel van de uitgestorven geleedpotigen die trilobieten worden genoemd, zei Greene.
Voorspeld werd dat trilobietmoleculen voor het eerst zouden bestaan in 2000 en 15 jaar later experimenteel werden waargenomen. Maar nu voorspellen Greene en zijn team dat er een manier is om het Rydberg-atoom te "misleiden" om een band te vormen met, nou ja, niets.
Het enige wat ze hoefden te doen, was een beetje beeldhouwen.
In een puur theoretisch experiment gebruikte het team een computeralgoritme om een reeks elektrische en magnetische pulsen te berekenen die ze konden toepassen op een Rydberg-waterstofatoom, en vormden het op zo'n manier dat het de trilobietbinding vormde.
Tijdens elke elektrische puls kan de elektronenbaan van het Rydberg-waterstofatoom worden uitgerekt; en tijdens elke magnetische puls kan het een klein beetje worden verdraaid, zei Greene.
"Enigszins verrassend, in de tussenstadia voordat de laatste puls op het atoom wordt toegepast, lijkt de toestand van het bindingselektron helemaal niet op de trilobiet", zei Greene. "Het komt pas aan het einde van de laatste puls scherp als de gewenste toestand."
Hun berekeningen toonden aan dat, net als een spin die zijn web in de lege ruimte schiet, het voor een Rydbergatoom mogelijk is om een trilobietbinding te vormen met een "spook" atoom.
'Het elektron gedraagt zich precies alsof het aan een atoom is gebonden, maar er is geen atoom om aan te binden', zei Greene. En het doet dit op een zeer gerichte manier, wat betekent dat het verwijst naar een bijna exacte plek in de ruimte waar het zich zou hebben verbonden met een atoom in de grondtoestand. Deze band met niets, vonden ze, zou minstens 200 microseconden moeten blijven.
'We zijn er vrij zeker van', dat dit waar zou zijn als ze het experimenteel zouden proberen, zei Greene. Maar om experimenteel waar te zijn, zullen onderzoekers moeten uitzoeken hoe pulsen moeten worden gesynchroniseerd en externe velden kunnen worden geblokkeerd, wat volgens de American Physical Society grote hindernissen zou kunnen zijn om op te ruimen.
Greene hoopt erachter te komen of er andere manieren zijn om elektronen te "misleiden" tot het maken van bindingen met niets, zoals door het toepassen van microgolven of snelle laserpulsen. Hij vermoedt dat deze atomen, aan absoluut niets gebonden, zich anders kunnen gedragen als ze worden aangespoord om chemische reacties te ondergaan.
