Физики придумали способ создания атомов без ядра

Джонн Бриггс (John Briggs) и Дарко Димитровски (Darko Dimitrovski) из университета Фрайбурга (Universität Freiburg) обосновали и рассчитали придуманный ими метод создания атомов без ядра. С развивающимися ныне технологиями такой “фокус” будет доступен экспериментаторам во вполне обозримом будущем.

Атом без ядра — это набор электронных оболочек, сохраняющих свою “форму” так, словно бы они всё ещё удерживаются ядром.

 

Схема опыта. Красным цветом показано представление двухэлектронной волновой функции, чёрной точкой — ядро, стрелкой — направление перемещения электронной оболочки атома, пунктирным кружком — центр тяжести самостоятельного волнового пакета (иллюстрация Darko Dimitrovski).

 

Создать такое странное образование возможно, если воздействовать на какой-либо атом чрезвычайно коротким и при этом очень мощным импульсом лазера, говорят учёные.

Правда, этот экзотический атом без ядра будет жить ничтожно короткое мгновение, но всё же — он будет реально существовать.

Бриггс и Димитровски посчитали, как будет работать их метод. Итак: лазер с импульсом длительностью примерно 10 аттосекунд (1 аттосекунда равна 10-18 с), вроде того что был использован в этом необычном опыте, но только чрезвычайно мощный (а именно — 1018 ватт), воздействует на атом. Период орбитального движения электронов в атоме заметно больше, чем длительность такого импульса. Так, к примеру, у водорода электрон “обегает” вокруг ядра за 24 аттосекунды.

Если сила электрического поля в луче будет больше, чем сила связи электронов с ядром, – вся электронная оболочка будет оторвана от ядра и аккуратно смещена в сторону.

Ключ к успеху тут — быстротечность импульса и правильная его частота, ведь “сбивание” электронных оболочек (всех их уровней сразу, если речь идёт об атоме, куда более сложном, нежели водород) должно произойти за счёт действия всего лишь одного полупериода электромагнитной волны использованного в опыте излучения.

Второй полупериод этой волны послужит для торможения полного волнового пакета в новом месте его расположения — на некотором расстоянии от ядра. Тут имеется в виду волновой пакет всех электронов атома, разумеется.

Поскольку импульс лазера столь короток, за время своего смещения в пространстве электроны, образно говоря, не успеют ничего “предпринять”. Их волновая функция почти не претерпит искажений, да и разбежаться в стороны от действия сил Кулона электроны не успеют, поясняют изобретатели метода.

Разумеется, такой “атом” через очень краткий миг распадётся, но если зафиксировать приборами все разлетевшиеся электроны, можно будет потом в компьютере восстановить облик первоначального волнового пакета, то есть того самого атома без ядра — самостоятельно существующего электронного облака, воспроизводящего форму оболочек исходного атома.

Удивительно, но, по расчётам Джона и Дарко, “снять” с минимальным “повреждением” разом все электронные оболочки можно не только с лёгких, но и с тяжёлых атомов, и более того — подобный “трюк” можно проделать даже с молекулами. Понятно, чтобы осуществить такой опыт, нужно ещё создать очень мощный аттосекундный лазер.

И, надо сказать, техника постепенно подступается к этой задаче. Ведь уже существующие установки демонстрируют потрясающие вещи. Например, познакомьтесь с лазерами: выдавшим недавно самый яркий свет во Вселенной, обошедшим некоторые капризы квантовой физики, мощным рентгеновским, который взорвал объект наблюдения; а также с историями о том, как сверхкороткие лазерные импульсы позволили отснять молекулы, создать чёрный металл и поставить рекорд скорости нагрева в 1018 градусов в секунду, а ещё — аккуратно разрезать аксон.