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            科學傳播
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          第一個里德伯分子制成 基礎量子論獲支持
          2009-07-09  【 】【打印】【關閉
               據國外媒體報道,現在科學家終于制出一直存在于理論中的里德伯(Rydberg)分子。這種分子通過兩個原子之間令人難以捉摸的極其微弱的化學鍵形成。這項研究結果發表在《自然》雜志上。因為分子中的其中一個原子擁有一個距離核子或稱中心較遠的電子,因此會產生這種新型連接方式。  
           
            這項發現有力地支持了基礎量子論,該理論是由諾貝爾獎得主恩里科·費米(Enrico Fermi)提出的,它們闡述了電子是如何運行的,以及它們之間的相互作用。現在正被討論的里德伯分子,是通過兩個銣原子形成的,其中一個是里德伯原子,另一個是“正常”原子。原子里的電子圍繞一個中央核運行,在原子外層運行的電子,距離核心更遠。里德伯原子非常特殊,因為它的最外層軌道上僅有一個電子,從原子的角度來說,這個電子距離它的核子非常遠。  
           
            1934年費米預言說,如果另一個原子“發現”一個游蕩的單一電子,它可能會與它產生相互作用。美國科羅拉多大學的理論物理學家克里斯·格倫尼是第一個預言里德伯分子存在的人。他解釋說:“費米可能從沒想到這種分子能夠形成。我們承認,我們在20世紀70年代和80年代進行這方面的研究的時候,發現里德伯原子和基態原子(即正常原子)之間可能存在力場。直到現在我們才有可達到如此低溫環境的系統,因此直至今天我們才能制造出這種分子。”  
           
            需要合適距離和時間  
           
            斯圖加特大學的維拉·本德庫賽負責領導了這項研究,她解釋說,要想制作這種分子,溫度必須非常低。她說:“原子里的核子必須相距一定距離,兩個電子才能產生相互作用。我們利用一個超冷的銣氣團進行試驗,氣體越冷,它里面的原子之間的距離就越近。”當溫度幾乎接近絕對零度,即零下273攝氏度時,兩個原子之間的距離就達到大約100納米的“臨界距離”。  
           
            當其中一個原子是里德伯原子時,兩個原子就會形成一個里德伯分子。與普通分子相比,100納米的距離已經是一個很大的距離。格倫尼教授說:“里德伯電子跟牧羊犬類似,它在‘牧群’的最外圍監視,如果有誰想離開群體,它就會把它重新趕回中心區。”  
           
            讓這種電子離開外圍,形成一個里德伯原子,需要很多能量。本德庫賽解釋說:“我們利用激光促使原子進入形成里德伯分子的階段。如果我們擁有處于臨界密度的氣體,兩個原子之間的距離又符合要求,可以形成里德伯分子,我們就會利用激光促使一個原子達到符合形成里德伯分子的狀態,這樣一個里德伯分子就形成了。”  
           
            這項超冷試驗還是一項超速試驗,因為存在時間最長的里德伯分子也只能幸存18微秒。但是能夠制造出這種分子,并且人們可以看到它,這些事實充分證實了長期以來一直存在的基本原子理論。倫敦大學學院的物理化學家海倫·菲爾丁說:“這是一系列激動人心的實驗。該實驗顯示,這種方法是切實可行的,我們非常樂意利用這種方法測驗其他基礎物理學。”  
           
            獲得諾貝爾獎金的觀點  
           
            格倫尼受到另一項獲得諾貝爾獎的物理學研究項目的啟發,提出現實中可以存在里德伯分子的預言。1924年,印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色(Satyendra Nath Bose)把一些有關粒子的理論計算數據寄給艾伯特·愛因斯坦,愛因斯坦根據這些數據預言說,如果一些氣體的溫度非常低,所有原子都能突然達到它們的“最低能量狀態”,那么這種狀態下的原子幾乎都將被凍結,它們開始以相同方式運行,并且可以預知它們的運行方式。  
           
            從某種意義上來說,這個過程跟氣體突然被濃縮成液滴的過程類似。當科學家通過降溫和誘捕堿性原子的方式達到玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)目標時,格倫尼意識到他們可以利用超冷物理學合成在任何其他環境下都無法存在的里德伯分子。 
          (來源:《科學時報》)
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