Sprawa Rydberga - Rydberg matter
Materia Rydberga jest egzotyczną fazą materii utworzoną przez atomy Rydberga ; zostało to przepowiedziane około 1980 roku przez É. A. Manykin , MI Ozhovan i PP Poluéktov . Został utworzony z różnych pierwiastków, takich jak cez , potas , wodór i azot ; przeprowadzono badania dotyczące teoretycznych możliwości, takich jak sód , beryl , magnez i wapń . Sugerowano, że jest to materiał, z którego mogą powstawać rozproszone pasma międzygwiazdowe . 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 najbardziej powszechne.
Fizyczny
Materia Rydberga składa się zwykle z sześciokątnych płaskich klastrów ; nie mogą one być bardzo duże z powodu efektu opóźnienia spowodowanego skończoną prędkością prędkości światła. Dlatego nie są gazami ani plazmami; nie są też ciałami stałymi ani płynami; są najbardziej podobne do pylistej plazmy z małymi skupiskami w gazie. Chociaż materię Rydberga można badać w laboratorium za pomocą sondowania laserowego , największa zgłoszona 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 wysokoenergetycznych elektronów, tworząc ogólnie niższy stan energetyczny. Sposób, w jaki elektrony delokalizują się, polega na tworzeniu fal stojących na pętlach otaczających jądra, tworząc skwantyzowany moment pędu i definiujące cechy materii Rydberga. Jest to metal uogólniony ze względu na liczby kwantowe wpływające na rozmiar pętli, ale ograniczony przez wymóg wiązania dla silnej korelacji elektronowej; wykazuje właściwości korelacyjno-wymienne podobne do wiązania kowalencyjnego. Wzbudzenie elektroniczne i ruch wibracyjny tych wiązań można badać za pomocą spektroskopii Ramana .
Dożywotni
Z powodów wciąż dyskutowanych przez społeczność fizyczną z powodu braku metod obserwacji klastrów, materia Rydberga jest wysoce stabilna pod względem dezintegracji przez emisję promieniowania; charakterystyczny czas życia klastra przy n = 12 wynosi 25 sekund. Podane przyczyny obejmują brak nakładania się stanów wzbudzonych i podstawowych, zakaz przejść między nimi oraz efekty korelacji wymiennej utrudniające emisję poprzez konieczność tunelowania, które powoduje duże opóźnienie zaniku wzbudzenia. Wzbudzenie odgrywa rolę w określaniu czasu życia, przy czym wyższe wzbudzenie daje dłuższą żywotność; n = 80 daje życie porównywalne z wiekiem Wszechświata.
Podniecenie
| n | d (nm) | D (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 przypadku zwykłych metali 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 wzbudzenia. Kluczową zmienną przy określaniu tych właściwości jest główna liczba kwantowa n, która może być dowolną liczbą całkowitą większą niż 1; najwyższe odnotowane wartości to około 100. Odległość wiązania d w materii Rydberga podaje
gdzie 0 jest promień Bohra . Przybliżony współczynnik 2,9 został najpierw określony eksperymentalnie, a następnie zmierzony metodą spektroskopii rotacyjnej w różnych klastrach. Przykładowe obliczone w ten sposób d wraz z wybranymi wartościami gęstości D podano w tabeli obok.
Kondensacja
Podobnie jak bozony, które można skondensować w celu utworzenia kondensatów Bosego-Einsteina , materia Rydberga może być 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; jonizacja zachodzi, jeśli nie jest to zrobione. Wszystkie dotychczasowe rozwiązania tego problemu polegają na wykorzystaniu w jakiś sposób sąsiedniej powierzchni, najlepiej odparowując atomy, z których ma powstać materia Rydberga i pozostawić energię kondensacji na powierzchni. Używając atomów cezu , powierzchni pokrytych grafitem i konwerterów termionowych jako osłony, zmierzona funkcja pracy powierzchni wyniosła 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 wykorzystaniu w czujnikach.