O que há dentro de um átomo entre o núcleo e o elétron? Normalmente não há nada, mas por que não poderia haver outras partículas também? Se o elétron orbita o núcleo a uma grande distância, há muito espaço entre os outros átomos. Um "átomo gigante" poderia ser criado, cheio de átomos comuns. Todos esses átomos formam uma ligação fraca, criando um novo, estado exótico da matéria em temperaturas frias, referidos como polarons de Rydberg.

Uma equipe de pesquisadores já apresentou esse estado da questão na revista. Cartas de revisão física . O trabalho teórico foi realizado na TU Wien (Viena) e na Harvard University, o experimento foi realizado na Rice University em Houston (Texas).

Dois campos especiais da física atômica, que só pode ser estudado em condições extremas, foram combinados neste projeto de pesquisa:condensados ​​de Bose-Einstein e átomos de Rydberg. Um condensado de Bose-Einstein é um estado da matéria criado por átomos em temperaturas ultracold, perto do zero absoluto. Os átomos de Rydberg são aqueles em que um único elétron é elevado a um estado altamente excitado e orbita o núcleo a uma distância muito grande.

"A distância média entre o elétron e seu núcleo pode ser tão grande quanto várias centenas de nanômetros - isso é mais de mil vezes o raio de um átomo de hidrogênio, "diz o Professor Joachim Burgdörfer. Juntamente com o Prof. Shuhei Yoshida (ambos TU Wien, Viena), ele tem estudado as propriedades desses átomos de Rydberg por anos.

Primeiro, um condensado de Bose-Einstein foi criado com átomos de estrôncio. Usando um laser, a energia foi transferida para um desses átomos, transformando-o em um átomo de Rydberg com um enorme raio atômico. O raio da órbita em que o elétron se move ao redor do núcleo é muito maior do que a distância típica entre dois átomos no condensado. Portanto, o elétron orbita seu próprio núcleo atômico, enquanto vários outros átomos estão dentro de sua órbita, também. Dependendo do raio do átomo de Rydberg e da densidade do condensado de Bose-Einstein, até 170 átomos de estrôncio adicionais podem ser incluídos na enorme órbita eletrônica.

Esses átomos têm uma influência mínima no caminho do elétron de Rydberg. "Os átomos não carregam nenhuma carga elétrica, Portanto, eles apenas exercem uma força mínima no elétron, "diz Shuhei Yoshida. Mas em um grau muito pequeno, o elétron ainda é influenciado pela presença de átomos neutros ao longo de seu caminho. Está espalhado nos átomos neutros, mas apenas muito ligeiramente, sem nunca sair de sua órbita. A física quântica de elétrons lentos permite esse tipo de espalhamento, que não transfere o elétron para um estado diferente.

Como mostram as simulações de computador, este tipo de interação comparativamente fraca diminui a energia total do sistema, e uma ligação entre o átomo de Rydberg e os outros átomos dentro da órbita eletrônica é criada. "É uma situação altamente incomum, "diz Shuhei Yoshida." Normalmente, estamos lidando com núcleos carregados ligando elétrons ao seu redor. Aqui, temos um elétron ligando átomos neutros. "

Essa ligação é muito mais fraca do que a ligação entre os átomos de um cristal. Portanto, este exótico estado da matéria, chamados polarons Rydberg, só pode ser detectado em temperaturas muito baixas. Se as partículas estivessem se movendo mais rápido, o vínculo iria quebrar. "Para nós, Esta nova, estado de matéria fracamente ligado é uma nova possibilidade excitante de investigar a física de átomos ultracold, "diz Joachim Burgdörfer." Dessa forma, pode-se sondar as propriedades de um condensado de Bose-Einstein em escalas muito pequenas com uma precisão muito alta. "