У квантовій фізиці трапилася справжня подвійна сенсація. Одна команда вчених зробила надточний лазерний «годинник», що дозволяє зловити момент, коли електрон вислизає з атома. Інша команда спостерегла не менш цікаве явище — важкий атом флуору «прослизнув» крізь енергетичний бар’єр, хоча за всіма класичними законами мав би застрягти. Обидва відкриття показують, що квантовий світ поводиться куди хитріше, ніж ми звикли думати. Про те, як ці відкриття допоможуть освоїти далекий космос, читайте далі.
Аттогодинник, що «ловить» електрон. Група науковців із Wayne State University замінила еліптично поляризований лазер на строго кругову хвилю й точно синхронізувала максимум електричного поля з імпульсом (керування CEP). Це дозволило зчитувати кут, під яким вибивається електрон, без спотворень попередніх методик. Виявилося, що затримка тунелювання* фактично нульова: електрон затримується, а головним чинником є сила зв’язку всередині атома. Така точність відкриває шлях до спостереження хімічних реакцій у реальному часі!
*Тунелюва́ння або тунельний ефект — фізичне явище, яке полягає в тому, що фізичний об’єкт долає потенційний бар’єр, величина якого більша від його кінетичної енергії. Чим легша частинка й тонший бар’єр, тим більша ймовірність тунелювання. Зазвичай це спостерігають для електронів чи атомів водню, але тепер уперше зафіксували його й у відносно важкого атома флуору. Це явище лежить в основі роботи тунельних мікроскопів, деяких напівпровідникових приладів і навіть процесі ядерного синтезу всередині Сонця.
Фтор руйнує fluoro-wall. Інша команда опублікувала статтю, в якій йдеться про те, що, охолоджуючи суміші метал + F у матриці твердого неону до –270 °C, команда натрапила на іон F₅⁻ із подвоєним ІЧ-сигналом. Квантові розрахунки показали: центральний атом флуору постійно тунелює між двома еквівалентними положеннями, хоча його маса мала б унеможливити такий перехід. Це перший задокументований випадок важкого (у порівнянні з воднем) атома, що проходить крізь бар’єр без енергії для подолання вершини.
Чому це важливо? Обидва результати розширюють наш «інструментарій» для освоєння космосу. Аттогодинники прокладають шлях до точнішого тайм-кіпу й відлагоджених лазерних мереж у глибокому космосі, тоді як знання про тунелювання флуору відкриває двері до кріогеностійких акумуляторів і каталізу in-situ. У перспективі це означає легші апарати, автономніші місії та нові типи рушіїв, що спиратимуться на квантові процесси замість громіздких класичних рішень.
Зацікавилися квантовими процесами електронів і флуору? Тоді вам точно сподобається наш матеріал «Як народжуються високоенергетичні частинки у Всесвіті?» — там ми простежуємо шлях частинок від ядра наднових до детекторів на Землі й пояснюємо, чому космічні промені можуть мати енергію, вищу за будь-який земний прискорювач. Перейдіть за посиланням і зануртеся в захопливий світ астрофізики!
