Физики впервые создали «атомный торнадо»

Атомы физика наука изображение

Ученые создали первый в мире атомный вихревой пучок — закрученный смерч из атомов и молекул с загадочными свойствами, которые еще предстоит понять.

Посылая прямой пучок атомов гелия через решетку с крохотными щелями, ученые смогли использовать странные правила квантовой механики, чтобы превратить пучок в вращающийся вихрь. Лучи можно использовать для выявления невидимых субатомных деталей.

Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Science.

Дополнительное удовольствие от вращения луча, называемое орбитальным угловым моментом, дает ему новое направление движения, позволяя ему действовать способами, которые исследователи еще не предсказали. Например, они считают, что вращение атомов может добавить лучу дополнительные измерения магнетизма наряду с другими непредсказуемыми эффектами из-за электронов и ядер внутри спиралевидных вихревых атомов, вращающихся с разной скоростью.

«Одна из возможностей состоит в том, что это может также изменить магнитный момент атома» или собственный магнетизм частицы, заставляющий ее действовать как крошечный стержневой магнит», — заявил соавтор исследования Яир Сегев, физик из Калифорнийского университета в Беркли. —

В упрощенной классической картине атома отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг положительно заряженного атомного ядра. С этой точки зрения Сегев сказал, что когда атомы вращаются как целое, электроны внутри вихря будут вращаться с большей скоростью, чем ядра, «создавая разные противоположные (электрические) токи», когда они вращаются. Это может, в соответствии со знаменитым законом магнитной индукции, изложенным Майклом Фарадеем, вызвать всевозможные новые магнитные эффекты, такие как магнитные моменты, которые направлены через центр луча и выходят из самих атомов, а также другие эффекты, которые они не могут предсказать.

Исследователи создали луч, посылая атомы гелия через сетку крошечных щелей размером всего 600 нанометров каждая. В области квантовой механики — набора правил, управляющих миром очень маленьких — атомы могут вести себя как частицы и как крошечные волны. Как таковой, пучок волнообразных атомов гелия дифрагировал через решетку, изгибаясь так сильно, что образовался вихрь, пробившийся через пространство.

Затем вращающиеся атомы прибыли к детектору, который показал множественные лучи — дифрагированные в разной степени, чтобы иметь разные угловые моменты — в виде крошечных кольцевидных пончиков, отпечатанных на нем.

Ученые также заметили еще более мелкие и яркие кольца пончиков, зажатые внутри трех центральных завитков. Это явные признаки эксимеров гелия — молекулы, образующейся, когда один энергетически возбужденный атом гелия прилипает к другому атому гелия. (Обычно гелий — благородный газ и ни с чем не связывается.)

По словам Сегева, орбитальный угловой момент, передаваемый атомам внутри спиралевидного пучка, также изменяет квантово-механические «правила отбора», которые определяют, как вращающиеся атомы будут взаимодействовать с другими частицами. Затем исследователи разбивают свои гелиевые пучки на фотоны, электроны и атомы элементов, помимо гелия, чтобы посмотреть, как они могут себя вести.

Ученые отметили, если их вращающийся луч действительно действует по-другому, он может стать идеальным кандидатом для нового типа микроскопа, который сможет изучать неоткрытые детали на субатомном уровне.

По словам Сегева, луч мог бы дать нам больше информации о некоторых поверхностях, изменив изображение, которое отпечатывается на отраженных от него атомах луча.

«Я думаю, что, как это часто бывает в науке, это не скачок возможностей, который ведет к чему-то новому, а, скорее, изменение точки зрения», — сказал Сегев.

Ранее Курсор писал, что физики открыли новый электронный феномен. Исследователи-физики из лаборатории Atomic LEGO Университета Северной Флориды обнаружили новое электронное явление, которое они назвали «асимметричным сегнетоэлектричеством».

Физики впервые подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Физики впервые экспериментально подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Теорема Хокинга предсказала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не может уменьшиться.

Кроме этого, физики доказали существование мнимой части квантовой механики. Международная исследовательская группа доказала, что мнимую часть квантовой механики можно наблюдать в действии в реальном мире.

Искусственный интеллект смог решить уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера — основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, описывающее динамику частиц.

Ранее Курсор писал, что израильские ученые решили старейшую проблему физики. Ученые Еврейского Университета в Иерусалиме во главе с профессором Бараком Колом смогли выяснить, как можно предсказать поведение системы из трех тел, обойдя существенные недостатки сегодняшних методов.

Физики сомневаются в существующей теории расширения Вселенной. Более 20 лет назад стало известно, что расширение Вселенной ускоряется, но физика этого процесса остается загадкой. Однако до сих пор не существует единого физического объяснения этого процесса.

Курсор сообщал, что на Большом адронном коллайдере нашли новую частицу. Ученые впервые обнаружили экзотическую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков.

Эксперименты на Большом адронном коллайдере обнаружили отклонения от Стандартной модели.  Ученые, проводившие опыты на БАК, зафиксировали отклонения от теоретической Стандартной модели при распаде заряженных частиц. Это признаки так называемой Новой физики — всеобъемлющей теории, которая должна максимально полно описывать нашу Вселенную.

Ранее Курсор писал, что ученые измерили самую короткую единицу времени, а CERN одобрила план постройки нового огромного адронного коллайдера.

Напомним Курсор сообщал о том, что ученые открыли новое состояние материи.

Читайте последние новости Израиля и мира на канале Курсора в Telegram.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ: