Страхотен пробив: физици откриха „неутронни молекули“

Неутроните са субатомни частици, които за разлика от електроните и протоните нямат електрически заряд. В атомните ядра те се държат заедно чрез изключително силно взаимодействие, което е една от фундаменталните сили на природата. В непосредствена близост тази сила е голяма, но рязко отслабва още на разстояние, по-голямо от 1/10 000 от размера на атома. Въпреки това учени от САЩ успяха да накарат неутроните да се слепят с помощта на силното взаимодействие в квантова точка, състояща се от десетки хиляди атомни ядра. Това откритие може да се превърне в нов инструмент за разкриване на основните свойства на материалите на квантово ниво.

Неутроните се използват за изучаване на свойствата на веществата чрез метода на неутронното разсейване. При него сноп частици се фокусира върху пробата и се бомбардира, за да се разкрият вътрешната структура и динамиката на материала. Въпреки това фактът, че неутроните могат да се прилепват към материалните образци, е нещо съвсем ново за учените.

„Фактът, че материалите могат да задържат неутроните, не беше известен на никого“, казва професор Ли Джу от Масачузетския технологичен институт. Той е ръководител на изследователския проект. – Бяхме изненадани, че това е така и че никой от експертите, с които разговаряхме, не беше говорил за това преди“.

От четирите фундаментални сили гравитационното и слабото взаимодействие влияят на материята в много по-малка степен, отколкото електромагнитната сила. С която неутроните, както е известно, не взаимодействат поради отсъствието на електричен заряд. Остава само силното взаимодействие, което действа на изключително малки разстояния от една квадрилионна част от метъра. Тази сила държи ядрата на атомите заедно.

Въпреки това учените са успели да обединят хиляди ядра в неутронна квантова точка. Тя е успяла да стабилизира свързаните си състояния, чиито вълнови функции са много по-големи от въпросните десетки нанометри. Според MIT News изследователите сравняват тези свързани състояния в квантовата точка с „пудинговия модел на атома“, предложен от Джоузеф Томсън през 1904 г.

„В класическите квантови точки електронът се задържа от електромагнитния потенциал, създаден от макроскопичен брой атоми. По този начин неговата вълнова функция достига до около 10 nm. Това е много повече от обичайния радиус на атома“, казва Паола Капеларо, един от изследователите. „По подобен начин в тези нуклеонни квантови точки отделният неутрон може да бъде уловен в нанокристал с размер, много по-голям от силовата площ на ядрото, и ще прояви подобно количество енергия“.

Тъй като именно този енергиен скок придава на квантовите точки техния цвят, неутронните квантови точки могат да се използват за съхраняване на квантова информация. Освен това този тип „изкуствени молекули“ биха могли да служат като модел за изследване на най-интересните проблеми в квантовата механика. Или да подтикнат учените да намерят начин за прецизен контрол на неутронното състояние.