Другие экзотические вещества

К экзотическим веществам относят вещества, которые невозможно или практически невозможно воспроизвести в лабораторных условиях. Так, например, металлический водород, для которого необходимо давление в несколько миллионов Па. Также к ним относят металлический гелий, конденсат Бозе- Эйнштейна, ультрахолодную молекулу монофторида стронция (SrF).

Конденсат Бозе- Эйнштейна — агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли градуса выше абсолютного нуля). В таком сильно охлаждённом состоянии достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне.

Теоретически предсказан как следствие из законов квантовой механики Альбертом Эйнштейном на основе работ Шатьендраната Бозе в 1925 году. 70 лет спустя, в 1995 году, первый бозе- конденсат был получен в Объединённом институте лабораторной астрофизики (JILA) (относящемся к Университету штата Колорадо в Боулдере и Национальному институту стандартов) Эриком Корнеллом и Карлом Виманом. Учёные использовали газ из атомов рубидия, охлаждённый до 170 нанокельвин (нК) (1,7·10−7 кельвин). За эту работу им, совместно с Вольфгангом Кеттерле из Массачусетского технологического института, была присуждена Нобелевская премия по физике 2001 года.

Ультрахолодную молекулу монофторида стронция (SrF) получили физики Йеля (Yale University) [4]. Ранее в таких экспериментах участвовали лишь атомы. Для того чтобы снизить температуру молекулы до нескольких сотых кельвина, учёным пришлось пойти на ряд ухищрений.

Расчёты показали, что эти молекулы не будут колебаться, мешая процессу. Отметим, что в отличие от отдельных атомов молекулы плохо подаются сильному охлаждению: они крупнее и могут запасать энергию в колебаниях атомных связей, вращении.

Метод – давно известное лазерное охлаждение, тоже модифицировали, подобрав длину волны так, чтобы излучение поглощалось молекулами, а не раскручивало их, и чтобы далее частицы могли сбросить эту энергию вторичным излучением.

Пока температуру ультрахолодного монофторида стронция нельзя назвать рекордно низкой, однако работа сама по себе – достижение нового уровня. К тому же учёные планируют продолжить эксперименты и добиться ещё большего охлаждения молекулы. По теоретическим данным, ничто этому воспрепятствовать не должно.

В дальнейшем американцы попробуют переохладить десяток биполярных молекул, чтобы изучить квантово-механические аспекты их химического взаимодействия (ранее нечто подобное проделывали с не совсем обычными молекулами рубидия-калия).

Исследователи из США сумели превратить обычную пищевую соль сразу в несколько экзотических веществ. Расчёты Виталия Прокопенко и его коллеги из Университета Нью-Йорка Артёма Органова показали, что при высоком давлении (от 20 до 142 ГПа) можно получить и стабилизировать такие экзотические вещества как NaCl3, Na3Cl, Na2Cl, Na3Cl2, и NaCl7. Физика высоких давлений имеет много моделей для предсказания поведения элементов в экстремальных условиях, но эти модели очень редко согласуются с экспериментальными данными.

Однако в данном случае эксперимент полностью подтвердил теоретические выкладки, по крайней мере, в случае двух веществ: Na3Cl и NaCl3. Возможно, для этих результатов нет немедленного практического применения. Вместо этого, исследователи открыли учёным двери для экспериментов с другими веществами, чтобы получить иные экзотические комбинации, которые будут оставаться стабильными при комнатных температурах.

Но даже, если у этого открытия не окажется никаких других применений – работа Прокопенко показывает, что даже такое простое вещество, как обычная пищевая соль может быть успешно трансформирована в совершенно незнакомые нам составы. А это означает, что нам ещё многое предстоит узнать о самых привычных нам элементах.

Также другие вещества, например кислород и гелий, можно трансформировать в металлическую фазу. Как и водород, такие вещества будут обладать рядом интересных свойств, таких как высокотемпературная сверхпроводимость.

ВЫВОДЫ

Многие известные нам элементы периодической системы Менделеева достаточно активно изучаются уже многие годы. Однако по мере изучения возникает все больше вопросов; становится понятно, что границы неизвестного очень широки; складывается впечатление, что природа подготовила нам бесконечно много сюрпризов. Ведь кто бы мог подумать, что самый простой элемент, может обладать такими неожиданными свойствами.

Это еще раз показывает, что любое вещество, даже если оно кажется нам хорошо изученным, можно подвергнуть экстремальным условиям и обнаружить какие- то новые свойства.

Знания прибавляются, а границы неизведанного расширяются…