Ученим вдалося зробити знімок структури атома водню

Отримати зображення внутрішньої будови атома, його електронів, протонів і нейтронів неймовірно складно, навіть з урахуванням високого рівня розвитку сучасних технологій. Всі труднощі полягають у тому, що рух усіх субатомних частинок описується законами квантової механіки, які не дозволяють провести зовнішнє втручання у їх рух без порушення цього руху. Замість цього квантова теорія дає у руки вчених хвильову функцію кожної частинки, яка описує рух цієї частинки і дозволяє розрахувати ймовірність її виявлення у певному місці у певний момент часу. Використовуючи ці відомі хвильові функції різних частинок, вчені-фізики вперше змогли зробити знімок структури атома водню, який може забезпечити більш глибоке розуміння квантового світу і устрою всієї матерії у Всесвіті. Учені можуть розрахувати теоретично вид хвильової функції кожної субатомної частинки, але виміряти цю функцію на практиці не вдається внаслідок неминучого порушення цієї функції у процесі вимірювання. Єдиним доступним способом експериментального вимірювання властивостей хвильових функцій частинок є проведення безлічі однакових вимірювань на великій кількості атомів однієї і тієї ж речовини, поміщених в однакові умови. Отримуючи дані по крихті з кожного вимірювання, зрештою, можна отримати достовірні характеристики шуканої хвильової функції окремої субатомної частинки.

Вчені з лабораторії AMOLF, що працює під патронатом нідерландського Фонду фундаментальних досліджень матерії (Netherlands Foundation for Fundamental Research on Matter, FOM), в Амстердамі, продемонстрували новий неруйнівний метод вимірювання хвильових функцій субатомних частинок. В основу їх роботи лягли припущення, зроблені у 1981 році трьома російськими вченими-фізиками і результати пізніших досліджень, які зробили можливою реалізацію теорії на практиці.

 Спочатку вчені націлили на атом водню, спійманий у пастці, два промені лазерного світла, що дозволило вирівняти напрямок і швидкість обертання електронів до необхідних значень. Сильне прикладене електричне поле змушувало ці електрони впливати на поверхню плоского датчика, сигнали від якого залежали лише від швидкості обертання електронів. Таким чином, розподіл електронів, що «вцілили» у датчик, відповідав хвильовій функції цих частинок. Цей пристрій дозволив продемонструвати розподіл електронів і їх хвильову функцію на фосфоресцентному екрані як послідовність з темних і яскравих кілець, яка, у свою чергу, була знята цифровою камерою з високою роздільною здатністю.

«Ми надзвичайно задоволені отриманими результатами, − розповідає Анета Стодолна (Aneta Stodolna), керівник наукової групи, − у майбутньому це стане величезним внеском у розвиток технологій. Крім того,  це може суттєво просунути вперед галузь квантової фізики, забезпечити розвиток таких технологій, як молекулярні провідники, провідники, товщиною в один атом та інші екзотичні речі, які дозволять мініатюризувати електронні пристрої у майбутньому».

За матеріалами: http://infonova.org.ua/