Att bli upprörd över ingenting? Du är inte löjlig: Vissa atomer kan bilda faktiska bindningar med "ingenting".
Medan en typisk kemisk bindning kräver två enheter, finns det en typ av atom som kan binda till "spöke" -atomer eller de som inte existerar, enligt en ny artikel publicerad 12 september i tidskriften Physical Review Letters.
Precis som vårt solsystem planeter kretsar runt solen, kretsar elektroner runt en atoms kärna. Ju längre ut deras bana är, desto högre är elektronens energi. Men med ett energiförhöjning kan elektroner ofta hoppa i banor - och vissa går långt.
Rydberg atomer har en elektron som hoppar till en avlägsen bana, långt borta från kärnan. "I princip kan varje atom i det periodiska systemet bli en Rydberg-atom", berättade seniorförfattaren Chris Greene, en framstående professor i fysik och astronomi vid Purdue University, Live Science. Allt som behövs är att lysa en laser på en atom och ge sina elektroner lite energi.
Rydberg-atomerna "är ovanliga ur kemisk synvinkel", sade Greene. Det beror på att en upphetsad elektron som har hoppat väldigt långt bort från atomens kärna kan kollidera om och om igen med en elektron i en närliggande marktillståndatom - eller en där alla dess elektroner är i lägsta energitillstånd som möjligt. Varje gång den kolliderar, lockar den tillståndet till grundatillståndet bit för bit och så småningom fångar det i det som kallas trilobitbindning.
"Denna mycket lilla interaktion med en avlägsen atom," kan interagera med Rydberg-atomen så att den resulterande molekylen ser ut som en fossil av de utrotade leddjur som kallas trilobiter, sade Greene.
Trilobite-molekyler förutspåddes först att existera 2000 och observerades experimentellt 15 år senare. Men nu förutspår Greene och hans team att det finns ett sätt att "lura" Rydberg-atomen till att bilda en bindning med, ja, ingenting.
Allt de behövde göra var att göra lite skulpturer.
I ett rent teoretiskt experiment använde teamet en datoralgoritm för att räkna ut en sekvens av elektriska och magnetiska pulser som de kunde applicera på en Rydberg-väteatom, och utformade den på ett sådant sätt att den bildar trilobitbindningen.
Under varje elektrisk puls kan Rydbergs väteatoms elektronbanor sträckas; och under varje magnetisk puls kan den vridas en liten mängd, sade Greene.
"Något överraskande, i mellanstegen innan den slutliga pulsen appliceras på atomen, ser bindningselektronens tillstånd inte så mycket ut som trilobiten," sade Greene. "Det kommer bara i skarpt fokus som önskat tillstånd i slutet av den slutliga pulsen."
Deras beräkningar visade att det, som en spindel som skjuter sin bana i tomt utrymme, är möjligt för en Rydberg-atom att bilda en trilobitbindning med en "spöke" -atom.
"Elektronen beter sig precis som om den var bunden till en atom, men det finns ingen atom att binda till," sade Greene. Och det gör det på ett väldigt riktat sätt, vilket innebär att det pekar på en nästan exakt plats i rymden där den skulle ha bundits till en jordtillståndatom. Denna bindning till ingenting, de fann, borde stanna i minst 200 mikrosekunder.
"Vi är ganska säkra på" att detta skulle stämma om de försökte det experimentellt, sade Greene. Men för att det ska hålla riktigt experimentellt måste forskare ta reda på hur man kan synkronisera pulser och blockera externa fält, vilket kan vara stora hinder att rensa, enligt American Physical Society.
Greene hoppas kunna ta reda på om det finns andra sätt att "lura" elektroner till att göra bindningar med ingenting, till exempel genom att applicera mikrovågor eller snabba laserpulser. Han misstänker att dessa atomer, bundna till absolut ingenting, kunde uppträda annorlunda om de uppmanas att genomgå kemiska reaktioner.
