原子里的“俄罗斯套娃”?这操作让人直呼内行!

   时间:2024-08-28 10:01 来源:天脉网作者:赵云飞

原子,这一构成物质世界的基石,其内部构造奇特而微妙。众所周知,原子由位于中心的原子核和若干围绕其运动的电子组成。原子核的体积仅占据原子总体积的几千亿分之一,而电子的体积更是微乎其微,以至于在物理学中常被视为无体积的点。因此,原子内部实际上是一片空旷之地。于是,一个有趣的设想油然而生:能否在这片空旷之中“塞入”些什么,比如另一个原子呢?

然而,这一设想并非轻而易举就能实现。尽管原子内部空间看似宽敞,但要塞入一个与原子内部空间相当大小的物体,实际上仍是一项艰巨的挑战。令人惊讶的是,这个看似异想天开的念头不仅已经实现,而且成果远超预期。2018年,美国莱斯大学的一支研究团队成功地在单个锶原子中“塞入”了整整100个锶原子,这一壮举宛如母猪腹中孕育着一窝小猪仔。这种原子内部嵌套原子的新奇物质,被命名为“里德伯极子”。

据天脉网了解,为了创造里德伯极子,物理学家巧妙地融合了原子物理学的两大领域:里德伯原子和玻色-爱因斯坦凝聚体。里德伯原子是通过将原子的最外层电子激发至高能态而形成的,此时最外层电子与原子核之间的距离变得异常遥远。而玻色-爱因斯坦凝聚体则是在接近绝对零度的条件下产生的一种特殊物质状态,其中的原子彼此间距离极近。在实验中,研究人员首先降低温度,制备出锶原子的玻色-爱因斯坦凝聚体。随后,他们利用高能激光将其中一个锶原子的最外层电子激发至高能态,从而形成了里德伯原子。在这种状态下,里德伯原子的最外层电子与原子核之间的平均距离可高达几百纳米,是氢原子半径的数千倍之多。正因如此,里德伯原子的原子核与最外层电子之间的距离,超过了玻色-爱因斯坦凝聚体中锶原子之间的平均距离,从而使得一些锶原子得以“藏身”于里德伯原子内部。

里德伯极子依靠微弱的作用力相互束缚在一起。理论上,一个锶-里德伯极子内部最多可以容纳多达170个锶原子。这一研究成果不仅揭示了原子世界的无限奥秘,也为未来的科学研究开辟了新的道路。

 
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