Создана самая крупная двухатомная молекула

Учёные создали самую крупную двухатомную молекулу из атомов рубидия, воспользовавшись так называемым ридберговским состоянием атома. Расстояние между ядрами рубидия в молекуле - около 0,1 мкм, а связь между ними поддерживает потенциальная яма, возникающая за счёт нахождения рубидия на очень высокой (ридберговской) орбитали.

Ридберговскими называют состояния атомов, при которых один из электронов обладает очень большим главным квантовым числом n. С классической точки зрения, внешний электрон движется на огромном (пропорциональным квадрату n) расстоянии от ядра и остальных электронов, и по сути, чувствует их притяжение, как притяжение единого иона с зарядом +e (заряженность обеспечивает отсутствие среди экранирующих отрицательных зарядов самого высоковозбуждённого электрона).

Такой атом даже с квантовой точки зрения очень похож на движение электрона вокруг ядра водорода, а потому все наблюдаемые характеристики такого атома - размер, время жизни, энергии переходов, очень похожи на таковые у водорода. Радиоастрономы фиксировали естественное излучение ридберговских атомов, соответствующее переходу между 108-м и 109-м уровнем, а в лабораторных условиях удавалось создать атомы-гиганты с n около 1000 размером до 0,1 мм и временем жизни в 1 секунду.

Учёные из Германии и США под руководством Веры Бендковской из Университета Штутгарта решили приспособить такое состояние для связывания двух атомов рубидия, удерживаемых в магнитной ловушке при очень низкой температуре. Один из атомов возбуждался до главного квантового числа n=35-37. За время жизни, составляющее у таких атомов около 60 мкс, некоторые успевали образовывать двухатомные молекулы, живущие около 15 мкс. Появление таких молекул фиксировалось по радиоизлучению на длинах волн, соответствующих колебаниям атомов молекулы вдоль соединяющей их оси в ридберговском потенциале. Работа учёных опубликована в последнем номере Nature.

Учёные надеются применить методику для создания ещё более крупных молекул, которые помогут исследовать физику таких колебаний, ридберговских состояний и самих атомов рубидия и иных щелочных металлов.