Группа исследователей представила это состояние в журнале Physical Review Letters. Теоретическая работа проводилась в Венском техническом университете (Вена) и Гарвардском университете, эксперимент проводился в университете Райса в Хьюстоне (Техас).Ультрахолодная физика
В этом исследовательском проекте были объединены две очень специальные области атомной физики, которые можно изучать только в экстремальных условиях: конденсаты Бозе-Эйнштейна и ридберговские атомы. Конденсат Бозе-Эйнштейна — это состояние вещества, созданное атомами при ультрахолодных температурах, близких к абсолютному нулю. Атомы Ридберга — это атомы, в которых один единственный электрон переведен в высоковозбужденное состояние и вращается вокруг ядра на очень большом расстоянии.
«Среднее расстояние между электроном и его ядром может достигать нескольких сотен нанометров — это более чем в тысячу раз больше радиуса атома водорода», — говорит профессор Иоахим Бургдорфер. Вместе с профессором Шухей Йошидой (оба — TU Wien, Вена) он годами изучал свойства таких ридберговских атомов. Идея нового исследовательского проекта возникла в результате длительного сотрудничества с Университетом Райса в Хьюстоне.Сначала был создан конденсат Бозе-Эйнштейна с атомами стронция.
С помощью лазера энергия передавалась одному из этих атомов, превращая его в ридберговский атом с огромным атомным радиусом. В этом атоме вызывает недоумение то, что радиус орбиты, по которой электрон движется вокруг ядра, намного больше, чем типичное расстояние между двумя атомами в конденсате.
Следовательно, электрон вращается не только вокруг своего атомного ядра, но и множество других атомов также находятся внутри его орбиты. В зависимости от радиуса ридберговского атома и плотности конденсата Бозе-Эйнштейна огромная электронная орбита может охватывать до 170 дополнительных атомов стронция.Нейтральные атомы не нарушают орбиту электрона
Эти атомы вряд ли влияют на путь этого ридберговского электрона. «Атомы не несут никакого электрического заряда, поэтому они оказывают минимальную силу на электрон», — говорит Шухей Йошида. Но в очень небольшой степени электрон все же ощущает присутствие нейтральных атомов на своем пути.
Он рассеивается на нейтральных атомах, но очень незначительно, не покидая своей орбиты. Квантовая физика медленных электронов допускает такое рассеяние, которое не переводит электрон в другое состояние.Как показывает компьютерное моделирование, этот сравнительно слабый вид взаимодействия снижает общую энергию системы, и таким образом создается связь между ридберговским атомом и другими атомами внутри электронной орбиты. «Это в высшей степени необычная ситуация, — говорит Шухей Ёсида. «Обычно мы имеем дело с заряженными ядрами, связывающими электроны вокруг себя. Здесь у нас есть электрон, связывающий нейтральные атомы».
Эта связь намного слабее, чем связь между атомами в кристалле. Следовательно, это экзотическое состояние вещества, называемое ридберговскими поляронами, можно обнаружить только при очень низких температурах.
Если бы частицы двигались быстрее, связь разорвалась бы. «Для нас это новое, слабосвязанное состояние вещества — новая захватывающая возможность исследования физики ультрахолодных атомов», — говорит Иоахим Бургдорфер. «Таким образом можно исследовать свойства конденсата Бозе-Эйнштейна в очень малых масштабах с очень высокой точностью».