Μια κρυφή ματιά στην κυματοσυνάρτηση του υδρογόνου

Posted on 28/05/2013

0


Ένα μικροσκόπιο φωτοϊονισμού κάνει δυνατή την άμεση παρατήρηση του τροχιακού ενός ατόμου υδρογόνου. Το άτομο τοποθετείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο E και διεγείρεται με παλμούς λέιζερ (μπλε χρώμα στο σχήμα). Το ιονισμένο ηλεκτρόνιο μπορεί να διαφύγει από το άτομο, είτε άμεσα ή έμμεσα σε σχέση με τον ανιχνευτή. Η διαφορά φάσης μεταξύ αυτών των ενδεχομένων οδηγεί σε συμβολή, η οποία μεγεθύνεται από έναν ηλεκτροστατικό φακό.

Ένα μικροσκόπιο φωτοϊονισμού κάνει δυνατή την έμμεση παρατήρηση του τροχιακού ενός ατόμου υδρογόνου. Το άτομο τοποθετείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο E και διεγείρεται με παλμούς λέιζερ (μπλε χρώμα στο σχήμα). Το ιονισμένο ηλεκτρόνιο μπορεί να διαφύγει από το άτομο, είτε άμεσα ή έμμεσα σε σχέση με τον ανιχνευτή. Η διαφορά φάσης μεταξύ αυτών των ενδεχομένων οδηγεί σε συμβολή, η οποία μεγεθύνεται από έναν ηλεκτροστατικό φακό.

Πριν από λίγες ημέρες οι ερευνητές Stodolna et al δημοσίευσαν μια εργασία τους με τίτλο «Hydrogen Atoms under Magnification: Direct Observation of the Nodal Structure of Stark States» (η δημοσίευση έχει και ελληνικό χρώμα από τη συμμετοχή του S. Cohen από το Πανεπιστήμιο των Ιωαννίνων)

Στην εργασία αυτή αναπτύσσεται μια νέα μέθοδος «κβαντικής μικροσκοπίας» που χρησιμοποιεί τον φωτο-ιονισμό και έναν μεγεθυντικό ηλεκτροστατικό φακό για την άμεση παρατήρηση της δομής των κόμβων των ηλεκτρονιακών τροχιακών ενός ατόμου του υδρογόνου, τοποθετημένου σε ηλεκτρικό πεδίο. (Πρόκειται για ένα πείραμα που προτάθηκε πριν από 30 χρόνια!)

Η Aneta Stodolna και οι συνεργάτες της διέγειραν με λέιζερ άτομα υδρογόνου. Τα ιονισμένα ηλεκτρόνια κατευθύνονταν στη συνέχεια πάνω σε έναν επίπεδο ανιχνευτή. Οι θέσεις στις οποίες έπεφταν καταγράφονταν σε μια φθορίζουσα οθόνη και φωτογραφίζονταν με υψηλή ανάλυση.

Το πείραμα σχεδιάστηκε έτσι ώστε οι θέσεις στις οποίες προσέκρουαν τα ηλεκτρόνια να αναδεικνύουν τους κόμβους που χαρακτηρίζουν τις κυματοσυναρτήσεις.
Με τον τρόπο αυτό καταγράφεται η μορφή της κατανομής του ηλεκτρικού φορτίου στο άτομο του υδρογόνου που καθορίζεται από την κυματοσυνάρτηση.

Από το πείραμα προέκυψαν εικόνες διαστάσεων 4 επί 4 χιλιοστά, που δείχνουν ότι η κατανομή των ηλεκτρονίων στον ανιχνευτή ταιριάζει με την κατανομή πιθανότητας που προκύπτει από τις κυματοσυναρτήσεις, στις οποίες υπάκουαν τα ηλεκτρόνια πριν εκτιναχθούν έξω από τα άτομα υδρογόνου.

hydrogen-wavefunction2

Μια σπάνια ματιά στον εσωτερικό κόσμο του ατόμου του υδρογόνου

Πράγματι, πρόκειται για εντυπωσιακές εικόνες που αναδεικνύουν χαρακτηριστικά του σκαριφήματος της κυματοσυνάρτησης.

http://physics.aps.org/articles/v6/58

Ετικέτα: