Ahhoz, hogy megértsük, hogyan egyesülnek az atomok molekulákká, működésbe kell hoznunk őket. Ehhez azonban a fizikusoknak elég hosszú ideig le kell állítaniuk az atomokat, hogy kölcsönhatásukat rögzíteni lehessen.
Ez nem könnyű feladat, de az Otago Egyetem fizikusai követték el.
Eddig az atomok különféle kölcsönhatásainak bonyodalmainak megértésének legjobb módja az volt, hogy korrelációkat számoltunk ki a részecskeklaszterek közötti átlagértékek alapján.
Az atomtechnika ezen sokszorosított változata sok hasznos tudományt nyújt, de nem képes felfogni az egyes részecskék közötti ütközés és összetörő ütközések legfontosabb részleteit, amelyek mások szétszóródását és egyesülését okozzák.
Még akkor is, ha több atomot sikerül elkapni ugyanabban a térben, minden ütközés hatására az atomok kijuthatnak a kísérletből.
Az ilyen ütközések elemzésének egyik módja az, ha megragad egy elszigetelt atomot egy apró csipesszel egyenértékűnek, mozdulatlanul tartja őket, és rögzíti a változásokat, amint jönnek.
Szerencsére létezik ilyen csipesz. A speciálisan igazított polarizált fényből készült lézerfogók optikai csapdaként működhetnek apró tárgyak számára.
A fény viszonylag rövid hullámhossza miatt a kísérletező jó eséllyel képes elkapni oly apró dolgokat, mint egyetlen atom. Természetesen először le kell hűteni az atomokat, hogy könnyebben meg lehessen őket fogni, majd az üres helyen kell kiválasztani őket.
Mikkel Andersen (balra) és Marvin Weiland a fizikai laboratóriumban.
Könnyen hangzik. De a folyamat megfelelő technológiát és sok türelmet igényel.
“A módszerünk során három atomot külön-külön megfogunk és lehűtünk kb. Egymillió Kelvin-ig, fókuszált lézersugarakkal, egy kenyérpirító méretű hipervákuum (vákuum) kamrában” – mondja Mikkel F. Andersen fizikus.
“Lassan kombináljuk az atomokat tartalmazó csapdákat, hogy kontrollált interakciókat hozzunk létre, amelyeket mérünk.”
Ebben az esetben az összes atom a rubídium fajtái voltak, amelyek megkötődtek a dirubídium-molekulák képződéséhez, de ennek eléréséhez csak két atom nem elegendő.
“Két atom nem képezhet molekulát; a kémia legalább háromhoz szükséges” – mondja Marvin Weiland fizikus.
Modellezés, hogyan történik ez, igazi kihívást jelent. Nyilvánvaló, hogy két atomnak elég közel kell lennie ahhoz, hogy kötést képezzen, míg a harmadik elveszi e kötési energia egy részét, hogy megkötve maradjon.
Nehéz kidolgozni a két atom találkozásának matematikáját egy molekula felépítéséhez. Minden cselekedet figyelembevétele rémálom lehet.
Elméletileg három test rekombinációja az atomok között arra kényszeríti őket, hogy hagyják el a csapdát, ami általában újabb problémát jelent a fizikusok számára, akik megpróbálják tanulmányozni a több atom közötti interakciókat.
A változások megfigyelésére dedikált kamera segítségével a csapat megörökítette azt a pillanatot, amikor a rubídium részecskék közeledtek egymáshoz, és megállapították, hogy a veszteség mértéke nem olyan magas, mint várták.
A valóságban ez azt is jelenti, hogy a molekulák nem gyűltek össze olyan gyorsan, mint amilyeneket a meglévő modellek megmagyarázhatnak.
Valami az atomok korlátozásáról és a kvantum rövid hatótávolságú hatásokról segíthet megmagyarázni ezt a lassúságot, de az a tény, hogy ez váratlan, sok fizikát fedezhet fel ezen a folyamaton keresztül.
“A fejlődéssel ez a módszer módot adhat bizonyos vegyi anyagok egyes molekuláinak létrehozására és ellenőrzésére.”
További kísérletek segítenek finomítani ezeket a modelleket, hogy jobban megmagyarázzák, hogyan működnek együtt az atomcsoportok, hogy különböző körülmények között találkozzanak és kötődjenek egymáshoz.
A folyamatosan fejlődő technológia világában nem nehéz elképzelni, hogy szükség van-e olyan folyamatokra, amelyek során a mikroszkopikus áramkörök és a fejlett gyógyszerek atomról atomra, egy-egy vegyületre épülnek.
“Kutatásunk megpróbálja előkészíteni az utat a nagyon kis léptékű építkezés képességének, mégpedig az atomi méretben, és nagyon izgatottan látom, hogy felfedezéseink hogyan befolyásolják a jövőbeni technológiai haladást” – mondja Andersen.
Ezt a kutatást a Physical Review Letters cikkben tették közzé.
Források: Fotó: Otago Egyetem
