Fizikai aptiko netikėtą molekulių milžinių elgesį

Dipolinė molekulė susiformuoja dėl krūvio atsiskyrimo – kalbama apie neigiamą elektronų debesėlį ir teigiamą joninį kamieną. Esant tokiam krūvio išsiskaidymui, susidaro nuolatinis elektrinis dipolinis momentas. Šis reiškinys stebimas, kuomet molekulę suformuoja skirtingi elementai, mat tada nevienodo krūvio kamienai elektronų debesėlius traukia skirtingai. Dėl simetriškumo molekulės, kurias sudaro tos pačios rūšies atomai, dipolinių momentų neturi.

Vis dėlto dipolinės molekulės, kurias aptiko profesoriaus Tilmano Pfau (Tilman Pfau) vadovaujama mokslininkų grupė iš 5-ojo Štutgarto universiteto fizikos instituto, yra sudarytos iš dviejų identiškų rubidžio atomų. Būtiną asimetriją užtikrina nevienodos elektroniškai sužadintų atomų būsenos. Paprastai tokio tipo sužadinimas neišsilaikytų, todėl asimetrijos neliktų. Tačiau šiuo atveju viską nulemia milžiniška molekulės apimtis – net tūkstantį kartų viršijanti deguonies molekulės matmenis ir savo dydžiu galinti lygiuotis į virusus. Taigi, tikimybė, jog atomai apsikeis sužadinimu, yra tokia mažytė, kad statistiškai toks įvykis galimas vos vienąkart per visą Visatos gyvavimo istoriją. Būtent todėl šios rubidžio molekulės turi dipolinį momentą. Nuolatiniam dipoliniam momentui užtikrinti reikalinga ir atitinkama molekulinės ašies orientacija. Dėl savo milžiniško dydžio molekulės sukasi taip lėtai, jog stebėtojui dipolinis momentas netampa suvidurkintu.

Štutgarto universiteto fizikams šį reiškinį pavyko aptikti eksperimentiškai. Jie išmatavo molekulės energijos poslinkį lazerinės spektroskopijos metodu, kuomet ši ultrašaltajame atominiame debesyje buvo paveikta elektriniu lauku. Ta pati tyrėjų grupė mokslo pasaulyje sukėlė nemažą sujudimą, kai 2009 metais pirmąkart paskelbė apie šių silpnai susietų Rydbergo molekulių sukūrimą. Tokie dariniai yra sudaryti iš dviejų identiškų atomų, tačiau vienas jų yra smarkiai sužadintas – kitaip tariant, yra vadinamosios Rydbergo būsenos. Neįprastą tarpusavio ryšio mechanizmą lemia smarkiai sužadinto Rydbergo elektrono sklaida. Nors kol kas teorinis tokio ryšio mechanizmo aprašymas nenumatė dipolinio momento susidarymo, Rydbergo elektrono sklaida neabejotinai keičia tikimybinį elektrono pasiskirstymą. Būtent tai lemia sferinės simetrijos išardymą ir dipolinio momento susiformavimą. Bendradarbiaudami su fizikais teoretikais iš Makso Planko fizikos instituto Drezdene (Vokietija) bei Harvardo Smitsono astrofizikos centro Kembridže (JAV), tyrėjai sukūrė naują teorinį modelį, kuris patvirtina dipolinio momento egzistavimą.

Nuolatinio elektrinio dipolinio momento aptikimas homopolinėse molekulėse ne tik praplečia pažinimo ribas, bet ir leidžia manyti, jog ultrašaltosios polinės molekulės bus neblogas įrankis pavienių molekulių cheminėms reakcijoms nagrinėti.