Физики впервые поймали электронно-атомную "бабочку"

Ученые из США и Германии впервые увидели то, как два атома связываются друг с другом через один электрон, удаленный от них на огромное расстояние, формируя своеобразную молекулу-"бабочку", говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications. "Электроны в "нормальных" атомах расположены всего в одном или двух ангстремах (0,1 нанометра) от их ядра, однако в Ридберговских атомах электрон может находиться в сотни и тысячи раз дальше, на невозможно далеком расстоянии. В 2002 году мы поняли, что подобные электроны могут связать один атом с другим на очень больших дистанциях, образовав экзотическую молекулу Ридберга", — объясняет Криc Грин (Chris Greene) из университета Пардью (США). Грин и его коллеги смогли реализовать эту идею и впервые увидеть то, как электроны каждого из атомов в такой "молекуле" будут вращаться друг вокруг их ядер по необычным орбитам, напоминающим по своей форме крылья бабочки, наблюдая за поведением атомов рубидия, щелочного металла, охлажденных до почти абсолютного нуля, 100 нанокельвинов. При таких температурах облака из атомов рубидия, распыленных в специальной вакуумной камере, образует другую экзотическую форму материи, так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна. Он представляет собой необычную по своим свойствам жидкость, которая ведет себя как один атом и обладает типичными "атомными" свойствами. Это, как рассказывает учеными, позволяет легко манипулировать свойствами подобных искусственных "атомов". Воспользовавшись этим, американские и германские физики превратили этот конденсат в атом Ридберга, "выдернув" один из электронов этого коллективного "атома" во внешнюю среду при помощи лазерного импульса, а затем соединив его с другим атомом рубидия, изменив частоту пучков фотонов, вырабатываемых лазером. "Обстреливая" эту Ридберговскую молекулу при помощи других пучков лазера, ученые впервые получили спектр такой конструкции, подтвердив, что она действительно похожа на бабочку, и изучили ее свойства, измерив силу, с которой атомы Ридберга сцепляются друг с другом и с электроном. К примеру, одно из уникальных свойств подобных молекул-"бабочек" заключается в том, что они обладают огромным дипольным моментом (в ней есть зоны с частично положительным и отрицательными зарядами), несмотря на то, что они состоят из двух одинаковых атомов. Это позволяет ее легко двигать и манипулировать ей при помощи слабых электрических полей. Это, по словам Грина, ускорит создание первых квантовых компьютеров и молекулярных машин. Атомы Ридберга давно рассматриваются физиками в качестве базы для кубитов, элементарных ячеек таких вычислительных машин, однако ученые в прошлом испытывали сложности при попытках манипулировать ими. Использование молекул-"бабочек", как надеются авторы статьи, поможет решить эту проблему.