Физики нашли возможность создать «призрачные соединения» с одним атомом водорода

Можно ли создать химическое соединение всего с одним атомом вместо привычных двух? Звучит так, будто это противоречит законам науки — все равно что аплодировать одной рукой, — но ученые предполагают, что открыли способ для осуществления такого феномена.

В центре этого подхода находятся ридберговские атомы, содержащие один электрон в очень возбужденном состоянии. Эти атомы обычно считаются половиной особого типа двухатомных соединений — так называемых трилобитных молекул, обладающих довольно крупными размерами из-за расширенной орбиты того самого активного электрона. Дальняя электронная орбита, будучи ключевой составляющей трилобитных молекул, также позволяет ридберговским атомам водорода «связываться» с точкой в пустом пространстве. Об этом исследователи утверждают в работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Такая связь с буквально ничем длится очень короткое время, но может открыть новые способы для изменения множества химических реакций.

«Мы предполагаем, что она продолжается несколько сотен микросекунд, а в холодных условиях — даже дольше», — утверждает Мэтью Эйлес из Университета Пердью в Индиане.

Эйлес и его команда описывают новые связи как «призрачные соединения»: одинокий, возбужденный электрон, по сути, обманом заставляют закрепиться там, где он бы закрепился при наличии второго атома. Этого можно достичь посредством направления чередующейся последовательности электрических и магнитных импульсов на атом, при этом удерживая электрон в десятках нанометров от ядра.

Однако пока это всего лишь гипотеза: ученые еще не добились ни одного «призрачного соединения», но провели вычисления и рассчитали модели, предполагающие, что это может быть реально в лабораторных условиях.

«Считаю, это и правда можно сделать, — говорит Йоханнес Вильгельм Дейглмайр из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе. — Было бы очень здорово это увидеть».

Исследователи также предполагают, что можно воспроизвести и куда более «экзотические» призрачные состояния посредством осторожных манипуляций ридберговскими атомами. Это может найти применение даже в квантовой механике: например, для создания квантовых гейтов — простейшей квантовой схемы. Все, что изменяет работу химических реакций на фундаментальном уровне — от использования света для их создания и разрушения до создания соединений всего с одним атомом, — потенциально может открыть целый спектр новых возможностей.

Если говорить только о гипотезе, то все цифры в ней точны — и создание соединений из одного атома реально. Следующий шаг — выяснить, можно ли достичь таких результатов в настоящем лабораторном эксперименте.