Фотографія структури атома водню квантовий мікроскоп
Фотографія орбітальної структури атома водню
На даній фотографії ви дивитеся на перше пряме зображення орбіт електрона навколо атома - фактично хвильову функцію атома!
Для отримання фотографії орбітальної структури атома водню, дослідники використовували новітній квантової мікроскоп - неймовірне пристрій, який дозволяє вченим заглянути в область квантової фізики.
Орбітальна структура простору в атомі зайнята електроном. Але при описі цих мікроскопічних властивостей матерії, вчені покладаються на хвильові функції - математичні методи опису квантових станів частинок, а саме того, як вони поводяться в просторі і в часі.
Як правило, в квантовій фізиці використовують формули типу рівняння Шредінгера для опису станів частинок.
Перешкоди на шляху дослідників
До сьогоднішнього моменту, вчені фактично ніколи не спостерігали хвильову функцію. Спроба вловити точне положення або імпульс самотнього електрона було схоже на спробу спіймати рій мух. Прямі спостереження спотворювалися вельми неприємним явищем - квантової когерентністю.
Щоб виміряти всі квантові стани потрібен інструмент, який може проводити безліч вимірів станів частинки з плином часу.
Але як збільшити і так мікроскопічне стан квантової частинки? Відповідь знайшла група міжнародних дослідників. За допомогою квантового мікроскопа - пристрою, який використовує фотоионизацию для прямих спостережень атомних структур.
У своїй статті в популярному журналі Physical Review Letters, Aneta Stodolna працює в інституті молекулярної фізики (AMOLF) в Нідерландах розповідає, як вона і її команда отримали структури вузлових електронних орбіталей атома водню поміщених в статичному електричному полі.
Траєкторія руху електронів
Методика роботи
Приклади чотирьох станів атома водню. В середньому стовпці наведені експериментальні вимірювання, в той час як колонка справа показує час-залежне обчислення рівнянь Шредінгера - і вони збігаються
Забігаючи наперед, скажемо що вчені планують використовувати ту ж технологію, щоб подивитися, як поводяться атоми в магнітному полі.
