Sprawa Rydberga

Materia Rydberga to egzotyczna faza materii utworzona przez atomy Rydberga ; przewidział to około 1980 roku É. A. Manykin, MI Ozhovan i PP Poluéktov. Powstał z różnych pierwiastków, takich jak cez , potas , wodór i azot ; przeprowadzono badania nad teoretycznymi możliwościami, takimi jak sód , beryl , magnez i wapń . Sugerowano, że jest to materiał, który rozprasza pasma międzygwiazdowe może wynikać z. Okrągłe stany Rydberga, w których najbardziej zewnętrzny elektron znajduje się na płaskiej orbicie kołowej, są najbardziej długowieczne, z czasem życia do kilku godzin i są najczęstsze.

Fizyczny

19-atomowy planarny klaster materii Rydberga. Na siódmym poziomie wzbudzenia spektroskopia klastrów K ₁₉ wykazała, że ​​odległość wiązań wynosi 5,525 nm.

Schemat rozkładu elektronów walencyjnych w materii Rydberga utworzonej ze wzbudzonych (n=10) atomów Cs.

Materia Rydberga składa się zwykle z heksagonalnych gromad planarnych ; nie mogą być one bardzo duże ze względu na efekt opóźnienia spowodowany skończoną prędkością światła. Dlatego nie są gazami ani plazmą; nie są też ciałami stałymi ani płynami; są najbardziej podobne do pyłowej plazmy z małymi skupiskami w gazie. Chociaż materię Rydberga można badać w laboratorium za pomocą sond laserowych, największa odnotowana gromada składa się tylko z 91 atomów, ale wykazano, że znajduje się za rozległymi chmurami w kosmosie i górnych warstwach atmosfery planet. Wiązanie w materii Rydberga jest spowodowane delokalizacją elektronów o wysokiej energii, tworząc ogólny stan o niższej energii. Sposób, w jaki elektrony przemieszczają się, polega na tworzeniu fal stojących na pętlach otaczających jądra, tworząc skwantowany moment pędu i definiujące cechy materii Rydberga. Jest to uogólniony metal ze względu na liczby kwantowe wpływające na rozmiar pętli, ale ograniczone wymogiem wiązania dla silnej korelacji elektronów; wykazuje właściwości korelacji wymiennej podobne do wiązania kowalencyjnego. Wzbudzenie elektronowe i ruch wibracyjny tych wiązań można badać za pomocą spektroskopii ramanowskiej .

Dożywotni

Schemat efektywnego potencjału w komórce Wignera-Seitza materii Rydberga złożonej ze wzbudzonych ( n = 10) atomów Cs.

Z powodów wciąż dyskutowanych przez społeczność fizyków z powodu braku metod obserwacji gromad, materia Rydberga jest wysoce stabilna na rozpad w wyniku emisji promieniowania; charakterystyczny czas życia klastra przy n = 12 wynosi 25 sekund. Podawane powody obejmują brak nakładania się stanów wzbudzonych i podstawowych, zakaz przejść między nimi oraz efekty korelacyjno-wymienne utrudniające emisję poprzez konieczność tunelowania, które powoduje duże opóźnienie w zaniku wzbudzenia. Wzbudzenie odgrywa rolę w określaniu czasu życia, przy czym wyższe wzbudzenie zapewnia dłuższą żywotność; N = 80 daje czas życia porównywalny z wiekiem Wszechświata.

wzbudzenia

N	d (nm)	re (cm -3 )
1	0,153	2,8×10 23
4	2.45
5	3,84
6	5.52
10	15.3	2,8×10 17
40	245
80	983
100	1534	2,8×10 11

W zwykłych metalach odległości międzyatomowe są prawie stałe w szerokim zakresie temperatur i ciśnień; tak nie jest w przypadku materii Rydberga, której odległości, a tym samym właściwości, różnią się znacznie w zależności od wzbudzeń. Kluczową zmienną przy określaniu tych właściwości jest główna liczba kwantowa n , która może być dowolną liczbą całkowitą większą od 1; najwyższe zgłoszone wartości to około 100. Odległość wiązania d w materii Rydberga jest określona przez

${\ Displaystyle d = 2,9n ^ {2} a_ {0},}$

₀ gdzie a jest promieniem Bohra . Przybliżony współczynnik 2,9 został najpierw określony eksperymentalnie, a następnie zmierzony za pomocą spektroskopii rotacyjnej w różnych klastrach. Przykłady d wraz z wybranymi wartościami gęstości D podano w sąsiedniej tabeli.

Kondensacja

Podobnie jak bozony , które można skondensować, tworząc kondensaty Bosego-Einsteina , materia Rydberga może zostać skondensowana, ale nie w taki sam sposób jak bozony. Powodem tego jest to, że materia Rydberga zachowuje się podobnie do gazu, co oznacza, że ​​nie można jej skondensować bez usunięcia energii kondensacji; jeśli nie zostanie to zrobione, nastąpi jonizacja. Dotychczas wszystkie rozwiązania tego problemu polegały na wykorzystaniu sąsiedniej powierzchni, najlepiej odparowując atomy, z których ma powstać materia Rydberga i pozostawiając energię kondensacji na powierzchni. Wykorzystując cezu , powierzchnie pokryte grafitem i konwerterów termojonowych jako obudowy, zmierzona praca pracy powierzchni wynosi 0,5 eV, co wskazuje, że klaster znajduje się między dziewiątym a czternastym poziomem wzbudzenia.

Zobacz też

Przegląd zawiera informacje na temat materii Rydberga i możliwych zastosowań w opracowywaniu czystej energii, katalizatorów, badaniu zjawisk kosmicznych i zastosowaniu w czujnikach.

• Stan materii

sporne

Badania, które twierdzą, że tworzą ultragęsty wodór Rydberg Matter (z odstępami międzyatomowymi ~ 2,3 pm: wiele rzędów wielkości mniej niż w większości ciał stałych) są kwestionowane:

″ Artykuł Holmlida i Zeinera-Gundersena zawiera twierdzenia, które byłyby prawdziwie rewolucyjne, gdyby były prawdziwe. Pokazaliśmy, że łamią one w dość bezpośredni sposób niektóre fundamentalne i bardzo dobrze ugruntowane prawa. Wierzymy, że podzielamy ten sceptycyzm z większością społeczności naukowej. Odpowiedź na teorie Holmlida jest chyba najwyraźniej odzwierciedlona w liście referencyjnej ich artykułu. Spośród 114 odniesień, 36 nie jest współautorem Holmlida. A z tych 36 żaden nie odnosi się do twierdzeń wysuniętych przez niego i jego współautorów. Jest to o wiele bardziej niezwykłe, ponieważ twierdzenia, jeśli są prawdziwe, zrewolucjonizowałyby naukę kwantową, dodały co najmniej dwie nowe formy wodoru, z których jedna jest przypuszczalnie stanem podstawowym pierwiastka, odkryły niezwykle gęstą formę materii, odkryły procesy, które naruszyć zasadę zachowania liczby barionowej, oprócz rozwiązania problemu zapotrzebowania ludzkości na energię praktycznie w nieskończoność”.