Khó chịu vì điều gì? Chà, bạn không phải là vô lý: Một số nguyên tử có thể hình thành liên kết thực sự với "không có gì."
Trong khi một liên kết hóa học điển hình đòi hỏi hai thực thể, có một loại nguyên tử có thể liên kết với các nguyên tử "ma" hoặc những nguyên tử không tồn tại, theo một bài báo mới được công bố ngày 12 tháng 9 trên tạp chí Vật lý Đánh giá.
Giống như các hành tinh của hệ mặt trời của chúng ta quay quanh mặt trời, các electron quay quanh hạt nhân của một nguyên tử. Càng đi xa quỹ đạo của chúng, năng lượng của electron càng cao. Nhưng với việc tăng năng lượng, các electron thường có thể nhảy lên quỹ đạo - và một số đi được quãng đường.
Các nguyên tử Rydberg có một electron nhảy lên quỹ đạo xa, cách xa hạt nhân. "Về cơ bản, bất kỳ nguyên tử nào trong bảng tuần hoàn đều có thể trở thành nguyên tử Rydberg", tác giả cao cấp Chris Greene, giáo sư vật lý và thiên văn học nổi tiếng tại Đại học Purdue, nói với Live Science. Tất cả những gì cần thiết là chiếu tia laser vào nguyên tử, tạo cho các electron của nó một chút năng lượng.
Các nguyên tử Rydberg "không bình thường theo quan điểm hóa học", Greene nói. Đó là bởi vì một electron bị kích thích nhảy ra rất xa hạt nhân của nguyên tử có thể va chạm với electron trong một nguyên tử ở trạng thái gần mặt đất - hoặc một nơi mà tất cả các electron của nó ở trạng thái năng lượng thấp nhất có thể. Mỗi lần va chạm, nó thu hút từng nguyên tử trạng thái mặt đất từng chút một, cuối cùng nhốt nó trong cái gọi là liên kết trilobite.
"Tương tác rất nhỏ này với một nguyên tử ở xa", có thể tương tác với nguyên tử Rydberg sao cho phân tử thu được trông giống như một hóa thạch của động vật chân đốt đã tuyệt chủng được gọi là trilobites, Greene nói.
Các phân tử trilobite được dự đoán lần đầu tiên tồn tại vào năm 2000 và được quan sát bằng thực nghiệm 15 năm sau đó. Nhưng bây giờ, Greene và nhóm của ông dự đoán rằng có một cách để "lừa" nguyên tử Rydberg hình thành mối liên kết với, tốt, không có gì.
Tất cả những gì họ cần làm là làm một chút điêu khắc.
Trong một thí nghiệm thuần lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã sử dụng thuật toán máy tính để tìm ra chuỗi xung điện và từ mà họ có thể áp dụng cho nguyên tử hydro Rydberg, định hình nó theo cách tạo thành liên kết trilobite.
Trong mỗi xung điện, quỹ đạo electron của nguyên tử hydro Rydberg có thể được kéo dài; và trong mỗi xung từ, nó có thể bị xoắn một lượng rất nhỏ, Greene nói.
"Thật đáng ngạc nhiên, trong các giai đoạn trung gian trước khi xung cuối cùng được áp dụng cho nguyên tử, trạng thái của electron liên kết trông không giống lắm với trilobite," Greene nói. "Nó chỉ tập trung sắc nét như trạng thái mong muốn ở cuối xung cuối cùng."
Các tính toán của họ cho thấy, giống như một con nhện bắn mạng của nó vào không gian trống, một nguyên tử Rydberg có thể tạo thành liên kết trilobite với một nguyên tử "ma".
"Các electron đang hành xử chính xác như thể nó được liên kết với một nguyên tử, nhưng không có nguyên tử nào để liên kết," Greene nói. Và nó đang làm như vậy theo một cách rất định hướng, có nghĩa là nó đang chỉ đến một điểm gần như chính xác trong không gian nơi nó sẽ liên kết với một nguyên tử trạng thái mặt đất. Liên kết này không có gì, họ tìm thấy, nên ở lại ít nhất 200 micro giây.
"Chúng tôi khá tự tin", rằng điều này sẽ thành sự thật nếu họ thử nó bằng thực nghiệm, Greene nói. Nhưng để nó có thể thực sự thành thực nghiệm, các nhà nghiên cứu sẽ cần tìm ra cách đồng bộ hóa xung và chặn các trường bên ngoài, có thể là rào cản lớn để giải tỏa, theo Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ.
Greene hy vọng tìm ra liệu có cách nào khác để "lừa" các electron tạo liên kết mà không có gì, chẳng hạn như bằng cách áp dụng vi sóng hoặc xung laser nhanh. Ông nghi ngờ rằng các nguyên tử này, liên kết với hoàn toàn không có gì, có thể hành xử khác đi nếu được nhắc phải trải qua các phản ứng hóa học.
