Vznikla nová forma hmoty: Fyzici do jednoho atomu nacpali další atomy

- Technologie autor: Ladislav Loukota

Nové formy exotické hmoty dnes vznikají skoro jako na běžícím pásu – jen pár týdnů po vytvoření "světelných molekul" ohlásil mezinárodní tým vědců vytvoření tzv. Rydbergova polaronu. Ten v zásadě tvoří atomy vměstnané dovnitř jiného "zvětšeného" atomu. Jak něco podobného vzniká a k čemu to může jednou sloužit?

Ilustrační snímek

Ilustrační snímek,zdroj: ThinkStock

Všechny experimenty, při nichž vzniká atypická hmota, jako třeba v loňském roce materiál vykazující egativní efektivní hmotnost, mají obvykle jednoho společného jmenovatele - Bose-Einsteinův kondenzát. Tato látka vzniká ve chvíli, kdy dojde na podchlazení množiny hmoty skoro na absolutní nulu. V takovém okamžiku začínají "pasivizované" atomy ve velkém vykazovat stejný kvantový stav.

Atomy ztrácejí jednu identitu a začínají působit jako secvičená spartakiádní jednotka. Kvantové jevy, jinak uzavřené do menších velikostí, tak díky překrývání atomů začínají působit na makromolekulární úrovni. To pak s sebou může při experimentování nést i nejrůznější zvláštní interakce hmoty a energie.

Důvod relativně nových pokusů je prostý – ačkoliv byly podobné jevy teoreticky předpovězeny již Šatendranáthem Bosem a Albertem Einsteinem v roce 1925, poprvé se podařilo kondenzát experimentálně vytvořit až v roce 2001, když jej vědci z MIT získali během podchlazení mračna rubidia. Jakmile se podobný postup naučily replikovat další laboratoře po celém světě, roztrhl se s nečekanými experimenty pytel.

V nejnovějším z nich vzal americko-australský tým množinu atomů stroncia a opět je ochladil na teploty blízké nule. Poté však jeden z atomů vědci excitovali pomocí laseru s cílem vyhnat elektron co nejdál od jádra atomu. Výsledkem toho se zvětšil poloměr jeho obvodu do takové míry, že se uvnitř takto "nafouklého" atomu ocitly atomy jiné, u nichž elektrony obíhaly v přirozené, menší vzdálenosti.

Zatím jenom zajímavá hračka

Teoretické předpovědi indikují, že by se do takto zvětšeného prostoru mezi jádrem a elektronem excitovaného atomu mohlo vejít až 170 "menších" atomů – výsledkem je pak tzv. Rydbergův polaron jako zcela nová forma hmoty. V čem se odlišuje?

Především v tom, že atomy obíhající mezi jeho jádrem a elektronem nejsou vůči Rydbergovu polaronu zcela netečné. Nafouknutý atom navazuje s dalším atomy slabé vazby skrze svůj elektron. To je oproti běžné praxi velmi unikátní. Jinými slovy, atomy uchycené uvnitř Rydbergova polaronu by v něm měly zůstat již napořád.

Odpověď na otázku případné aplikace je už poněkud vágnější. Prozatím si aplikace nelze ani představit - experiment ale poskytuje nové metody, jak studovat extrémně ochlazené atomy a dále rozšiřovat chápání exotických hmot.

Obecně veškeré pokusy s exotickými formami hmoty jsou prozatím vysoce experimentálního charakteru – jde momentálně o vědu činěnou čistě pro poznání. Fyzici při ní rozkrývají zákonitosti kvantového světa i mezní limity atomů jako takových. Rozšiřují se teorie a naše chápání toho, co vše mohou základní stavební kameny hmoty a energie dokázat.

Není však vyloučeno, že jednou v budoucnu mohou podobné experimenty najít řadu uplatnění v praktických aplikacích. Možná nepůjde zrovna o Rydbergovy polarony, ale už fotonové molekuly z minulého výzkumu by však mohly najít uplatnění v kvantových počítačích i mimo ně.

Nakonec, celá dnešní informační technologie, s jejíž pomocí tento text čtete, je vlastně "jen" výsledkem zevrubné aplikace někdejšího teoretického a experimentálního výzkumu elektroniky.

Práce byla publikována v Physical Review Letters

Tagy: atom kvantová fyzika věda a technika věda a poznání informační technologie

Zdroje: vlastní