В квантовой физике произошла настоящая двойная сенсация. Одна команда ученых создала сверхточные лазерные «часы», позволяющие уловить момент, когда электрон выскальзывает из атома. Другая команда наблюдала не менее интересное явление — тяжелый атом фтора «проскользнул» через энергетический барьер, хотя по всем классическим законам должен был застрять. Оба открытия показывают, что квантовый мир ведет себя гораздо хитрее, чем мы привыкли думать. О том, как эти открытия помогут освоить дальний космос, читайте далее.
Атточасы, которые «ловят» электрон. Группа ученых из Wayne State University заменила эллиптически поляризованный лазер на строго круговую волну и точно синхронизировала максимум электрического поля с импульсом (управление CEP). Это позволило считывать угол, под которым выбивается электрон, без искажений предыдущих методик. Оказалось, что задержка туннелирования* фактически нулевая: электрон задерживается, а главным фактором является сила связи внутри атома. Такая точность открывает путь к наблюдению химических реакций в реальном времени!
*Туннелирование или туннельный эффект — физическое явление, заключающееся в том, что физический объект преодолевает потенциальный барьер, величина которого превышает его кинетическую энергию. Чем легче частица и тоньше барьер, тем больше вероятность туннелирования. Обычно это наблюдают для электронов или атомов водорода, но теперь впервые зафиксировали его и у относительно тяжелого атома фтора. Это явление лежит в основе работы туннельных микроскопов, некоторых полупроводниковых приборов и даже процесса ядерного синтеза внутри Солнца.
Фтор разрушает fluoro-wall. Другая команда опубликовала статью, в которой говорится, что, охлаждая смеси металл + F в матрице твердого неона до –270 °C, команда наткнулась на ион F₅⁻ с удвоенным ИК-сигналом. Квантовые расчеты показали: центральный атом фтора постоянно туннелирует между двумя эквивалентными положениями, хотя его масса должна была бы сделать такой переход невозможным. Это первый задокументированный случай тяжелого (по сравнению с водородом) атома, проходящего через барьер без энергии для преодоления вершины.
Самые низкие ИК-активные колебательные состояния квазилинейного аниона [F₅]. Демонстрация того, как [F₅]⁻ внутри неонового «аквариума» колеблется и квантово «проскальзывает» между двумя равноценными состояниями, что и стало доказательством туннелирования тяжелого атома фтора. Изображение: nature
Почему это важно? Оба результата расширяют наш «инструментарий» для освоения космоса. Атточасы прокладывают путь к более точному тайм-кипу и отлаженным лазерным сетям в глубоком космосе, тогда как знания о туннелировании фтора открывают двери к криогеностойким аккумуляторам и катализу in-situ. В перспективе это означает более легкие аппараты, более автономные миссии и новые типы двигателей, которые будут опираться на квантовые процессы вместо громоздких классических решений.
Заинтересовались квантовыми процессами электронов и фтора? Тогда вам точно понравится наш материал «Как рождаются высокоэнергетические частицы во Вселенной?» — там мы прослеживаем путь частиц от ядра сверхновых до детекторов на Земле и объясняем, почему космические лучи могут иметь энергию, превышающую любой земной ускоритель. Перейдите по ссылке и погрузитесь в увлекательный мир астрофизики!
