¿Qué hay dentro de un átomo, entre el núcleo y el electrón? Por lo general, no hay nada, pero ¿por qué no podría haber otras partículas también? Si el electrón orbita el núcleo a una gran distancia, hay mucho espacio en el medio para otroátomos. Se puede crear un "átomo gigante", lleno de átomos ordinarios. Todos estos átomos forman un enlace débil, creando un nuevo y exótico estado de materia a bajas temperaturas, conocido como "polarones de Rydberg".
Un equipo de investigadores ha presentado este estado de la materia en la revista Cartas de revisión física . El trabajo teórico se realizó en TU Wien Viena y la Universidad de Harvard, el experimento se realizó en la Universidad de Rice en Houston Texas.
Física ultrafría
Dos campos muy especiales de física atómica, que solo pueden estudiarse en condiciones extremas, se han combinado en este proyecto de investigación: condensados de Bose-Einstein y átomos de Rydberg. Un condensado de Bose-Einstein es un estado de la materia creada por átomos en ultrafríostemperaturas, cercanas al cero absoluto. Los átomos de Rydberg son átomos, en los que un solo electrón se eleva a un estado altamente excitado y orbita el núcleo a una distancia muy grande.
"La distancia promedio entre el electrón y su núcleo puede ser tan grande como varios cientos de nanómetros; es más de mil veces el radio de un átomo de hidrógeno", dice el profesor Joachim Burgdörfer. Junto con el profesor Shuhei Yoshida ambosTU Wien, Viena, ha estado estudiando las propiedades de tales átomos de Rydberg durante años. La idea para el nuevo proyecto de investigación se desarrolló en su cooperación de larga data con la Universidad de Rice en Houston.
Primero, se creó un condensado de Bose-Einstein con átomos de estroncio. Usando un láser, la energía se transfirió a uno de estos átomos, convirtiéndolo en un átomo de Rydberg con un enorme radio atómico. Lo desconcertante de este átomo: el radio dela órbita, en la cual el electrón se mueve alrededor del núcleo, es mucho más grande que la distancia típica entre dos átomos en el condensado. Por lo tanto, el electrón no solo orbita su propio núcleo atómico, sino que muchos otros átomos también se encuentran dentro de su órbita.radio del átomo de Rydberg y la densidad del condensado de Bose-Einstein, la enorme órbita electrónica puede encerrar hasta 170 átomos de estroncio adicionales.
Los átomos neutros no perturban la órbita del electrón
Estos átomos apenas influyen en la trayectoria de este electrón de Rydberg. "Los átomos no llevan ninguna carga eléctrica, por lo tanto, solo ejercen una fuerza mínima sobre el electrón", dice Shuhei Yoshida. Pero en un grado muy pequeño, el electrón aúnsiente la presencia de los átomos neutros a lo largo de su camino. Está disperso en los átomos neutros, pero solo muy ligeramente, sin salir de su órbita. La física cuántica de los electrones lentos permite este tipo de dispersión, que no transfiere el electrón a unestado diferente
Como muestran las simulaciones por computadora, este tipo de interacción comparativamente débil disminuye la energía total del sistema, por lo que se crea un enlace entre el átomo de Rydberg y los otros átomos dentro de la órbita electrónica. "Es una situación muy inusual", diceShuhei Yoshida. "Normalmente, estamos tratando con núcleos cargados, uniendo electrones a su alrededor. Aquí, tenemos un electrón, uniendo átomos neutros".
Este enlace es mucho más débil que el enlace entre los átomos en un cristal. Por lo tanto, este estado exótico de la materia, llamado polarones de Rydberg, solo puede detectarse a temperaturas muy bajas. Si las partículas se movieran más rápido, el enlace se rompería."Para nosotros, este nuevo estado de materia débilmente ligado es una nueva y emocionante posibilidad de investigar la física de los átomos ultrafríos", dice Joachim Burgdörfer. "De esa manera se pueden explorar las propiedades de un condensado de Bose-Einstein en escalas muy pequeñas con muy pocaalta precisión."
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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