Физики впервые создали «атомный торнадо»
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.
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.
Читайте также: Все ныне живущие змеи произошли от горстки видов, которые пережили столкновение с гигантским астероидом, которое уничтожило динозавров и большинство других живых существ в конце мелового периода. Подробнее: Все змеи произошли от выживших после падения астероида динозавров
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.
Комментарии 0