Наконец ученым удалось подтвердить многие гипотезы и получить фото атомной орбитали, другими словами, это первое достоверное изображение атома водорода. Сфотографировать атом водорода удалось благодаря новейшей разработке — квантовому микроскопу, созданному группой ученых из разных стран. Исторический момент, не меньше.
Орбиталь – это место в атоме, которое занимает электрон. Название «орбиталь» (а не орбита) отражает тот факт, что состояния электрона в атоме описывается законами квантовой механики и отличается от классического движения по траектории. Совокупность атомных орбиталей с одинаковым значением главного квантового числа и составляют одну электронную оболочку.
Традиционно ученые должны были полагаться на косвенные данные и описывать орбиталь при помощи волновых функций. И до сих пор никогда не видели этого в реальности. Так что момент, безусловно, исторический.
Попытка уловить точное положение электронов до сих пор была сродни попытке схватить одной рукой рой мух, прямое наблюдение, собственно, примерно такую картинку и давало. Необходим был какой-то принципиально новый инструмент, который сможет зафиксировать все квантовые состояния, которые статистически возможны.
Квантовый микроскоп, созданный усилиями группы ученых из разных стран, использует фотоионизацию, чтобы непосредственно визуализировать структуры атома. В своей статье в журнале Physical Review Letters, Анета Стодольна из Института атомной и молекулярной физики (AMOLF) в Нидерландах описывает, как она и ее команда картировали узловую структуру орбитали электрона в атоме водорода, который был помещен в статическое электрическое поле.
Само изображение ученым удалось сделать с помощью электростатической линзы, которая увеличила волну электрона более чем в 20 тысяч раз.
Изображения были получены с использованием фотоионизационного микроскопа, а суть метода в последовательной ионизации атомов водорода – отрывании от них электрона с помощью электромагнитного облучения. Затем отделившиеся электроны направляют на чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, которое отклоняет электроны в сторону и выполняет роль линзы, увеличивая изображение в миллионы раз.
Напомним, что этот метод был описан в 2004 году и использовался для получения снимков отдельных молекул.
Попадание одного электрона дает одну точку, поэтому ученые накопили порядка 20 000 отдельных электронов от разных атомов и затем составили усредненное изображение электронных оболочек.
По законам квантовой механики сам по себе электрон в атоме не имеет определенного положения, и только при взаимодействии атома с внешней средой электрон с какой-либо вероятностью проявляется в некоторой окрестности ядра атома.
На полученных учеными изображениях можно увидеть различия между атомами разных энергетических состояний. В результате работы исследователям удалось наглядно показать форму предсказанных квантовой механикой электронных оболочек.
Читать полностью: http://www.km.ru/science-tech/2013/05/27/issledovaniya-rossiiskikh-i-zarubezhnykh-uchenykh/711672-fizikam-udalos-sdel
Комментариев нет:
Отправить комментарий