Physiker haben den weltweit ersten atomaren Wirbelstrahl gebaut, einen Wirbelsturm aus faszinierenden Molekülen und Atomen mit noch unbekannten Eigenschaften.
Wissenschaftler könnten einen wirbelnden Wirbel erzeugen, indem sie einen geraden Strahl aus Heliumatomen durch ein Gitter mit mikroskopisch kleinen Öffnungen leiten.
Der zusätzliche Impuls, der durch die Drehung des Strahls entsteht und als Bahndrehimpuls bekannt ist, gibt ihm eine neue Bewegungsrichtung und ermöglicht ihm ein Verhalten, das Experten noch nicht vorhergesagt haben. Da sich die Elektronen und Kerne in den Atomen des Spiralwirbels mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, glauben sie, dass die Rotation der Atome dem Strahl weitere Dimensionen des Magnetismus verleihen und andere unvorhergesehene Folgen haben könnte.
„Eine Möglichkeit besteht darin, dass dies auch das magnetische Moment des Atoms oder den intrinsischen Magnetismus eines Teilchens verändern könnte, wodurch es wie ein kleiner Stabmagnet wirkt“, Co-Autor Yair Segev, Physiker an der University of California, Berkeley, erzählte WordsSideKick.com.
In einem klassischen Atommodell umkreisen negativ geladene Elektronen einen positiv geladenen Atomkern. Aber wenn sich die Atome als Ganzes drehen, so Segev, drehen sich die Elektronen innerhalb des Wirbels schneller als die Kerne, wodurch „unterschiedliche Gegensätze entstehen“. [electrical] Strömungen“, während sie sich winden.
Gemäß Michael Faradays Regel der magnetischen Induktion könnte dies zu einer Reihe neuartiger magnetischer Reaktionen führen, einschließlich magnetischer Momente, die durch die Mitte des Strahls und aus den Atomen heraus fließen, sowie zu anderen unvorhergesehenen Ergebnissen.
Die Forscher bauten den Strahl auf, indem sie Heliumatome mit einer Größe von nur 600 Nanometern über ein Gitter aus kleinen Öffnungen transportierten. Die rotierenden Atome erreichten dann einen Detektor und zeigten, dass mehrere Strahlen, die mit unterschiedlichem Drehimpuls gebeugt wurden, wie kleine Donut-förmige Ringe darauf eingeprägt waren.
Die Wissenschaftler fanden außerdem winzige, leuchtende Donut-Ringe, die in den drei zentralen Wirbeln eingeschlossen waren. Dies sind die offensichtlichen Anzeichen für Helium-Excimere, die entstehen, wenn sich ein stark angeregtes Heliumatom an ein anderes Heliumatom derselben Energie anlagert.
Laut Segev werden die „Auswahlregeln“ der Quantenmechanik, die bestimmen, wie rotierende Atome mit anderen Teilchen interagieren, auch durch den Bahndrehimpuls verändert, der auf die Atome innerhalb des Spiralstrahls übertragen wird. Anschließend werden Wissenschaftler ihre Heliumstrahlen auf Photonen, Elektronen und Atome anderer Elemente als Helium richten, um zu untersuchen, wie diese reagieren.
Wenn der rotierende Strahl anders reagiert, könnte er eine ideale Wahl für einen neuen Mikroskoptyp sein, der unbekannte subatomare Details beobachten kann. Laut Segev könnte der Strahl zusätzliche Informationen über bestimmte Oberflächen liefern, indem er das auf den Atomen im Strahl gedruckte Bild verändert.
„Ich denke, dass es, wie so oft in der Wissenschaft, nicht ein Fähigkeitssprung ist, der zu etwas Neuem führt, sondern vielmehr ein Perspektivwechsel“, sagte Segev.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Wissenschaften.
