Вчені змогли упустити електрон на ядро

Нещодавно американські фізики змогли експериментально довести гіпотезу атомного колапсу. Йдеться про явище, яке до останнього часу вважалося чисто теоретичним, - падінні електрона на атомне ядро з утворенням потоку античастинок позитронів. І ось вченим все-таки вдалося впустити електрон на ядро, причому без допомоги надпотужних прискорювачів.

Кожен школяр знає, що електрон, обертаючись навколо атомного ядра, впасти на нього не може, оскільки, згідно з другим постулату Бора, ця частинка рухається в атомі по дискретним кругових орбітах, не втрачаючи при цьому енергії. Ну, а раз так, то що б не трапилося, він по ним завжди і буде рухатися саме там, де належить, і на ядро ​​ніколи не впаде. Тому гіпотетичне явище, зване фізиками "колапсом атомів", коли електрон, порушуючи постулат Бора, з величезною швидкістю врізається в ядро ​​і викликає утворення потоку позитронів, довгий час вважалося неможливим на практиці.

Однак ще в другій половині минулого століття теоретичні розрахунки показали, що колапс атомів може наступити при заряді ядер останніх, що перевищують значення в 137. А найостанніші роботи теоретиків підняли цю цифру аж до 170. Однак навіть в такому випадку колапс атомів все одно залишається недосяжним на практиці, оскільки до цих пір вченим не вдалося отримати елемент, заряд ядра якого перевищив би значення в 118.

Однак фізики, як і будь-які нормальні герої з відомої пісні, теж часто йдуть в обхід - якщо не виходить знайти атом з потрібним ядром, то цілком можливо влаштувати зіткнення двох важких атомів на прискорювачі, наприклад, двох ізотопів урану 92. У момент зіткнення в принципі повинен спостерігатися ефект, схожий на колапс. Проте, вчені проводили подібні експерименти вже багато років, але ось очікуваного руйнування атома з утворенням позитронів детекторами зафіксовано не було.

Читайте також: Вимірювання протона породило нову фізику

Втім, як заявляє фізик Леонід Левітів з Массачусетського технологічного університету (США), впадати у відчай рано, бо обхідних шляхів завжди багато. Він і його колеги розробили цікаву схему експерименту за участю новомодного матеріалу графена в якості підкладки. Як ми пам'ятаємо, останній є вуглецевою грати в один атом товщиною. У зв'язку з цим електрони в графені поводяться дещо дивно - немов би вони безмасові частки начебто фотонів (хоча насправді маса у них, як ви розумієте, є). Втім, рухаються вони по решітці все одно повільніше, ніж це робили б справжні безмасові частки.

Виходячи з цього, американські фізики розрахували, що якщо поміщений на таку підкладку якийсь атом з зарядом, сильно меншим, ніж вказане значення в 170, захопить такий електрон, то буде спостерігатися ефект, що нагадує той самий атомний колапс. "Такі атоми, як очікувалося, сколлапсірует," забравши "електрон з підкладки, притягнувши його до ядра і отримавши надмірне зарядження", - пояснює суть процесу сам розробник експерименту Леонід Левітів. Як же таких приречених на колапс атомів вчені вирішили використовувати димери (тобто атомні пари) кальцію. Всі події, що відбуваються на підкладці, фіксувалися експериментаторами за допомогою скануючого тунельного мікроскопа.

В результаті з'ясувалося, що коли три таких димера виявлялися близько один до одного, то вони починали поводитися так, як це робило б величезна атомне ядро. І при захопленні електрона з графеновой підкладки вчені спостерігали специфічний спектр резонансів, точно збігалися з тими, що десятиліття тому були передбачені для колапсу атома. Цікаво, що такий же ефект був помічений і при захопленні електрона штучним ядром з чотирьох і навіть п'яти димарів (велика комбінація виявлялася нестійкою).

Отже, як бачите, проведений експеримент підтвердив більшість розрахунків, пов'язаних з передбачуваним колапсом атомів. Тобто вченим вдалося домогтися підтвердження даної гіпотези експериментальним шляхом, і вона автоматично перейшла з розряду теоретичних в групу робітників. Втім, дещо все-таки пішло не так, як планувалося. Як написано в статті, опублікованій в журналі Science , Будь-яке видалення заряду від такого штучного ядра з декількох димарів давала зовсім іншу реакцію електронів в них, ніж випливало з розрахунків. "Це означає, що там відбувається щось, чого ми не розуміємо", - вважає Леонід Левітів. На його думку, для того, щоб з'ясувати в чому тут справа, потрібен ще ряд експериментів.

Читайте також: Квантові загадки звичайного нюху

Вчені також впевнені в тому, що їх експерименти мають не тільки суто теоретичне, а й ще практичне значення. Ні, звичайно ж ніхто не збирається розробляти описане багатьма фантастами "анігіляційних" зброю - масштаб колапсу в цих експериментах все-таки трошки не той. Однак дана робота, по-перше, проливає світло на багато властивостей графена, які ще недостатньо вивчені, а, по-друге, відкриває перспективи використання таких штучних ядер на графеновой підкладці в якості хімічних і біологічних надточних детекторів. Так що, як не крути, а атомний колапс - річ в господарстві все ж корисна ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"