Ένα εξωτικό νέο μόριο, με σχήμα πεταλούδας και «φτερά» από ηλεκτρόνια, δημιουργήθηκε για πρώτη φορά. Η ανακάλυψη ολοκληρώνει την αναζήτηση για έναν «ζωολογικό κήπο» από παρόμοια μόρια και ίσως ανοίξει δρόμο προς εντελώς νέα τμήματα του κβαντικού κόσμου.
Ο Χέρβιγκ Ότ από το RPTU University Kaiserslautern-Landau στη Γερμανία και οι συνεργάτες του έφτιαξαν το μόριο ψύχοντας άτομα ρουβιδίου σε θερμοκρασία λίγων εκατομμυριοστών του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν, με τη βοήθεια λέιζερ και ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν ξανά λέιζερ για να κάνουν ορισμένα άτομα πολύ μεγάλα, σπρώχνοντας το εξώτατο ηλεκτρόνιό τους πολύ μακριά από τον πυρήνα. Οι κβαντικές ιδιότητες των ατόμων που έχουν ψυχθεί και «μεγεθυνθεί» με αυτόν τον τρόπο μπορούν να ελέγχονται με ακρίβεια μέσω λέιζερ, κάτι που αξιοποίησε η ομάδα για να μετακινήσει το ηλεκτρόνιο ενός γιγαντιαίου ατόμου προς ένα κανονικού μεγέθους άτομο ρουβιδίου, ενώνοντάς τα και δημιουργώντας έτσι έναν νέο τύπο μορίου με ακραίες ιδιότητες.
Κάθε μόριο είχε μέγεθος περίπου 25 νανόμετρα, μεγαλύτερο από τη διάμετρο ενός κλώνου DNA που περιέχει δισεκατομμύρια άτομα, και ανταποκρινόταν σε ηλεκτρικά πεδία χιλιάδες φορές περισσότερο από τα περισσότερα μόρια. Το σχήμα του νέου μορίου καθοριζόταν από τα ηλεκτρόνιά του, με το εξώτατο να απλώνεται στο χώρο σε μορφή που θυμίζει τα φτερά μιας πεταλούδας.
Ο Ότ λέει ότι η σωστή ρύθμιση των λέιζερ ώστε να προκύψουν μόρια με ακριβώς αυτή τη διάταξη ήταν δύσκολη υπόθεση και χρειάστηκαν εβδομάδες δοκιμών μέχρι η ομάδα να καταφέρει να τα δημιουργήσει στο εργαστήριο. Ο ίδιος παρομοιάζει τη διαδικασία με το να ψάχνεις ένα αντικείμενο σε έναν δρόμο, εξετάζοντας κάθε φορά μόλις 1 χιλιοστό, ενώ βρίσκεσαι σε απόσταση ενός χιλιομέτρου.
Ο Ματθαίος Εάιλς, μέλος της ομάδας στο Purdue University στην Ιντιάνα, λέει ότι η δουλειά αυτή αποτελεί την ολοκλήρωση πολλών προηγούμενων μαθηματικών και πειραματικών μελετών που βοήθησαν να περιοριστεί η αναζήτηση. Με βάση μαθηματικά μοντέλα, οι ερευνητές αναζητούν εδώ και 20 χρόνια έναν «ζωολογικό κήπο» από γιγάντια υπέρψυκτα μόρια που θεωρητικά θα έπρεπε να υπάρχουν, και το νέο μόριο-πεταλούδα είναι το τελευταίο που ανακαλύπτεται, λέει ο ίδιος.
Την ίδια στιγμή, το πείραμα ανοίγει δρόμο για τη δημιουργία ακόμη πιο εξωτικών και δυσπρόσιτων υπέρψυχρων μορίων, ανάμεσά τους και εκείνων που μπορεί να είναι πολύ βαριά, εκτός από πολύ μεγάλα και φορτισμένα, λέει ο Μιχάλ Τομζα από το Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας στην Πολωνία. Ο Βεϊμπίν Λι από το University of Nottingham στο Ηνωμένο Βασίλειο λέει ότι το μόριο πεταλούδα ήταν δύσκολο να δημιουργηθεί, αλλά πλέον μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόδρομος για την κατασκευή κάτι ακόμη δυσκολότερου: υπέρψυχρων ατόμων με αρνητικό φορτίο, ή ανιόντων. Αν παραχθούν σε υπέρψυχη κατάσταση, τα ανιόντα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε δοκιμές θεμελιωδών νόμων της σωματιδιακής φυσικής ή σε μελέτες αντιύλης, όμως οι συμβατικές μέθοδοι ψύξης δεν έχουν καταφέρει μέχρι τώρα να τα ψύξουν.
Ο Εάιλς και ο Ότ έχουν ήδη μελετήσει μαθηματικά ακριβώς πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί το μόριο πεταλούδα για τη δημιουργία υπέρψυχρων ανιόντων και ελπίζουν να δουν τα πρώτα σημάδια τους μέσα στα επόμενα λίγα χρόνια. «Η θεωρία είναι ήδη γραμμένη», λέει ο Εάιλς.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/q5r1-whjr
