В течение многих десятилетий ученые знали о трех путях к двум атомам, чтобы связать и сформировать молекулу. Теперь, исследователи обнаружили одну четверть. Скорее всего, трансгрессия не приведет к новым материалам или технологиям: молекулы в последний раз для приблизительно 1/100,000 секунды и могут быть сделаны только при температурах несколькими миллионными частями градуса выше абсолютного нуля. Однако их простое существование подтверждает удивительное предсказание и протягивает концептуальные границы химии.
Закрепление двух атомов в молекулу походит на задумывание ребенка: нет то, что много способов сделать это. В первых двух стратегиях два атома связывают, когда их орбитали – подобные облаку распределения электронов, колеблющихся выше атомного ядра – наложение и слияние так, чтобы атомы разделили один или несколько электронов.
Если атомы будут иметь тот же элемент, то они разделят электрон одинаково, производя так называемую ковалентную связь. Если атомы имеют различные элементы – говорят натрий и хлор – тогда каждый может боров общий электрон в том, что назвало ионную связь.
В третьем типе связи, названной связью Ван-дер-Ваальса, атомы фактически не разделяют свои электроны; вместо этого, крошечные колебания делают один атом на мгновение более положительно наполненным на одной стороне, чем на другом. Эта мимолетная «поляризация» вызывает подобные колебания другого атома, сплачивая эти два атома.Вера Бендковски, Тилмен Пфо и коллеги в университете Штутгарта в Германии продемонстрировали четвертый способ связать два атома.
Исследователи, начатые с газом ультрахолодных атомов рубидия. Используя тщательно настроенный лазер, они тогда «взволновали» электрон в некоторых атомах к очень богатой энергией орбитали.
Та орбиталь является столь большой, что электрон колеблется целый в 100 миллимикронах от ядра, которое является приблизительно 400 раз радиусом нормального атома рубидия. Если другой, невозбужденный атом рубидия, оказывается, о том завершении, он может обязать со взволнованным, улаживающим во внешние пределы электронного облака делать гигантскую молекулу с двумя атомами, это больше, чем некоторые вирусы.Поэтому обширный электрон во взволнованном атоме сталкивается с невозбужденным атомом много раз, таща на нем очень немного каждый раз. Фактически, благодаря квантовой неуверенности, электрон находится по существу везде в его орбитали одновременно, таким образом, это постоянно подпрыгивает от невозбужденного атома.
Это «рассеивание» составляет нежное подталкивание, мешающее невозбужденному атому блуждать далеко. Это устанавливает очень слабую связь, длящуюся примерно, пока взволнованный атом не теряет свою избыточную энергию, сообщают исследователи сегодня по своей природе. Как два атома рубидия ни разделить орбиталь, ни поляризовать друг друга, взаимодействие составляет совершенно новый тип химического закрепления.
Существование таких молекул было предсказано в 2000 бригадой во главе с Крисом Грином, теоретиком в JILA, лаборатория, которой управляет совместно Национальный институт стандартов и технологий и университет Колорадо, Валуна. «Довольно хорошо иметь подтверждение и знать, что люди проявят Ваш [теоретический] подход, возможно, еще более серьезно», говорит Грин. Молекулы со странными формами могли бы также быть сделаны возбуждением атомами немного более сложными способами. Но примечания Бендковского: «Я не могу сказать Вам ни о каких заявлениях, где Вы могли бы построить что-то из этих молекул.
Это – просто фундаментальная физика».