Физикам Технического университета Кайзерслаутерна в команде профессора доктора Хервига Отта впервые удалось напрямую наблюдать столкновения между высоковозбужденными атомами, так называемыми ридберговскими атомами, и атомами в основном состоянии. Особенно интересно то, что они могут точно идентифицировать энергетические состояния отдельных атомов, что было невозможно до сих пор. Для этой цели исследователи разработали специальный микроскоп, с помощью которого они могли напрямую измерять импульсы атомов. Наблюдаемые процессы важны для понимания межзвездной плазмы и ультрахолодной плазмы, генерируемой в лаборатории. Исследование было опубликовано в известном журнале Nature Communications .
Для своего эксперимента физики использовали облако атомов рубидия, которое было охлаждено в сверхвысоком вакууме примерно до 100 микрокельвинов — 0,0001 градуса выше абсолютного нуля. Впоследствии они с помощью лазеров возбудили некоторые из этих атомов в так называемое ридберговское состояние. «В этом процессе внешний электрон в каждом случае перемещается на далекие орбиты вокруг атомного тела», — объясняет профессор Хервиг Отт, который исследует ультрахолодные квантовые газы и квантовую атомную оптику в Техническом университете Кайзерслаутерна. «Радиус орбиты электрона может составлять более одного микрометра, что делает электронное облако больше, чем небольшая бактерия». Такие высоковозбужденные атомы также образуются в межзвездном пространстве и химически чрезвычайно реактивны.
Если ридберговский атом и атом в основном состоянии сталкиваются, происходит так называемое неупругое столкновение. «Это когда атом в основном состоянии глубоко ныряет на орбиту ридберговского электрона», — объясняет профессор Отт. Из этого следует, что молекулярная динамика двух атомов очень сложна и приводит к их разделению, в результате чего орбита электрона изменилась.
Эти знания помогают понять фундаментальные атомные процессы в плазме. Плазма представляет собой смесь различных частиц, таких как электроны, ионы, атомы и молекулы. В исследованиях плазма играет важную роль, например, для более тщательного изучения взаимодействия между частицами. Поскольку это также происходит в космосе, результаты лабораторных исследований могут иметь значение для астрофизики, например, для лучшего понимания того, какие химические и физические процессы происходят в межзвездном пространстве.
Исследование проводилось в рамках приоритетной программы «Гигантские взаимодействия в ридбергских системах», которая финансируется Немецким исследовательским фондом. Это исследование проводилось в профильной области OPTIMAS, которая финансируется в рамках исследовательской инициативы штата с 2008 года.
Источник — aobe.