იმის გასარკვევად, როგორ ერთიანდებიან ატომები და წარმოქმნიან მოლეკულებს, საჭიროა მათი მოქმედებაში დაკვირვება. თუმცა, ამისათვის აუცილებელია, რომ ფიზიკოსებმა ატომებს აიძულონ გაცვლა-გამოცვლა იმდენ ხანს დააპაუზონ, რომ ამ მოქმედების ჩაწერა მოესწროს. ეს ამოცანა საკმაოდ რთულია და სწორედ ახლახან, წარმატებით გაართვეს თავი ახალი ზელანდიის ოტაგოს უნივერსიტეტის ფიზიკოსებმა.
ამ დრომდე, საუკეთესო ფიზიკოსები სხვადასხვა სახის ატომურ ურთიერთქმედებათა ასეთ დელიკატურ მომენტებს თანაფარდობათა დაანგარიშების გზით არკვევდნენ, რისთვისაც ეყრდნობოდნენ საშუალო მაჩვენებლებს ატომების გროვებს შორის, რომლებსაც იმ დონემდე აციებდნენ, რომ ყველა მათგანი იდენტური ხდებოდა.
ასეთი რამ საკმაოდ გამოსადეგია, მაგრამ შეუძლებელია გადაიღო ცალკეულ ნაწილაკთა შორის შეჯახებები, რომელთა შედეგადაც ზოგიერთი მათგანი მიმოიფანტება, ზოგიც ერთმანეთს ერწყმის.
იმ შემთხვევაშიც კი, თუ მოხერხდა ერთ სივრცეში საკმაო რაოდენობის ატომთა გადაღება, ყველა შეჯახება ზრდის იმის რისკს, რომ ატომები ექსპერიმენტიდან გამოვარდნენ.
ასეთი შეჯახებების ანალიზის ერთ-ერთი გზაა იზოლირებულ ატომთა ჩაჭერა ერთგვარი „პინცეტების“ წყვილით, შეყოვნება და იმ ცვლილებების ჩაწერა, რომლებიც მათი ერთმანეთთან შეხვედრისას ხდება.
საბედნიეროდ, ასეთ პინცეტთა წყვილი არსებობს. დამზადებულია სპეციალურად გასწორებული პოლარიზებული სინათლისგან. ლაზერზე დაფუძნებული ასეთი პინცეტები ერთგვარი ოპტიკური ხაფანგებია ციცქნა ობიექტებისათვის.
სინათლის მოკლე ტალღებიდან გამომდინარე, ექსპერიმენტს კარგი შანსი აქვს, რომ თავისი წვეტში ჩაიჭიროს ისეთი ციცქნა ობიექტიც კი, როგორიც ინდივიდუალური ატომია. რა თქმა უნდა, თავდაპირველად საჭიროა ატომების გაციება, რათა მათი დაჭერა გაადვილდეს, შემდეგ კი მათი გამოცალკევება ცარიელ სივრცეში.
ამ პროცესის აღწერა თითქოს მარტივი ჩანს, მაგრამ სინამდვილეში, ეს არის პროცესი, რომელიც მოითხოვს შესაბამის ტექნოლოგიას და ძალიან ბევრ მოთმინებას მიზნის მისაღწევად.
ფიზიკოს მიკელ ანდერსენის განცხადებით, მათი მეთოდი გულისხმობს სამი ატომის ინდივიდუალურ დაჭერას და გაციებას კელვინის მემილიონედამდე, რისთვისაც იყენებენ ლაზერულ ნაკადებს დაახლოებით ტოსტერის ზომის ვაკუუმის კამერაში.
ამ შემთხვევაში, მათ რუბიდიუმის ატომები გამოიყენეს, რომლებიც ერთმანეთს ებმიან და წარმოქმნიან დირუბიდიუმის მოლეკულებს; ამის მისაღწევად კი მხოლოდ ორი ატომი საკმარისი არ არის და საჭიროა სულ მცირე სამი ატომი.
ამ პროცესის მოდელირება ნამდვილი გამოწვევაა. ორი ატომი ერთმანეთთან ისე უნდა მივიდეს იმდენად ახლოს, რომ შეძლონ ბმის წარმოქმნა, მესამე ატომი კი ისეთ მანძილზე დარჩეს ამ ბმის ენერგიისგან, რომ ისინი შეერთებული დატოვოს.
საკმაოდ რთულია იმის მათემატიკური გათვლაც, თუ როგორ უნდა შეხვდეს ორი ატომი ერთმანეთს, რომ მოლეკულა წარმოქმნან.
თეორიულად, ატომებს შორის სამი სხეულის რეკომბინაციამ ისინი ხაფანგიდან უნდა ამოაგდოს, რაც ფიზიკოსებს კიდევ ერთ პრობლემას უქმნის მრავალ ატომს შორის ურთიერთქმედებათა შესწავლისას.
ამ ცვლილებათა დასაფიქსირებლად მკვლევართა ჯგუფი სპეციალურ კამერას იყენებდა, რა დროსაც დააფიქსირეს მომენტი, როდესაც რუბიდიუმის ნაწილაკები ერთმანეთს მიუახლოვდა და გამოავლინა, რომ დანაკარგის მაჩვენებელი ახლოსაც კი არ იყო იმასთან, რასაც ელოდნენ.
ეს კი ასევე ნიშნავს იმას, რომ მოლეკულები ატომები არც ისე სწრაფად მივიდნენ ახლოს, როგორც ამას მოდელები მიუთითებდა.
ატომების ასეთ შენელებას და მოკლედიაპაზონიან კვანტურ ეფექტებს ალბათ რაღაც ახსნა ექნება, მაგრამ ის ფაქტი, რომ ეს არაპროგნოზირებადია, ნიშნავს იმას, რომ ამ პროცესში ჩართულია ფიზიკის მრავალი ისეთი დეტალი, რომელიც ჯერ შესწავლილი არ არის.
სამომავლო ექსპერიმენტები ამ მოდელების დახვეწაში დაგვეხმარება, რათა უკეთ გავიგოთ, როგორ მოქმედებს ატომთა ჯგუფები ერთობლივად, რათა სხვადასხვა გარემოში შეერთდნენ და ბმები წარმოქმნან.
კვლევა ჟურნალ Physical Review Letters-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია otago.ac.nz-ისა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
