Untuk memahami bagaimana atom bergabung membentuk molekul, kita perlu menangkapnya dalam tindakan. Tetapi untuk melakukan ini, ahli fizik mesti membuat atom berhenti cukup lama agar interaksi mereka dapat direkodkan.
Ini bukan tugas yang mudah, tetapi berjaya oleh ahli fizik dari University of Otago.
Sejauh ini, cara terbaik untuk memahami selok-belok pelbagai interaksi atom adalah dengan mengira korelasi berdasarkan nilai min di antara kelompok zarah.
Versi teknologi atom sumber banyak ini memberikan banyak ilmu yang berguna, tetapi gagal memahami perincian utama perlanggaran dan penghancuran pelanggaran antara zarah individu yang menyebabkan orang lain berselerak dan bergabung.
Walaupun anda berjaya menangkap beberapa atom dalam ruang yang sama, setiap perlanggaran dapat menyebabkan atom keluar dari eksperimen anda.
Salah satu cara untuk menganalisis perlanggaran tersebut adalah dengan merebut atom terpencil dengan setara dengan sepasang pinset kecil, menahannya, dan merekod perubahan ketika mereka datang.
Nasib baik, sepasang pinset itu ada. Dibuat dari cahaya terpolarisasi yang diselaraskan khas, tang laser ini dapat berfungsi sebagai perangkap optik untuk objek kecil.
Memandangkan panjang gelombang cahaya yang agak pendek, eksperimen berpeluang menangkap sesuatu yang sekecil atom tunggal. Sudah tentu, anda perlu menyejukkan atom terlebih dahulu agar lebih mudah ditangkap, dan kemudian memilihnya di tempat kosong.
Mikkel Andersen (kiri) dan Marvin Weiland di makmal fizik.
Kedengarannya mudah. Tetapi prosesnya memerlukan teknologi yang tepat dan banyak kesabaran untuk dicapai.
“Kaedah kami melibatkan penangkapan dan penyejukan tiga atom secara individu ke suhu sekitar satu juta Kelvin menggunakan pancaran laser yang sangat fokus di ruang hypervacuum (vakum) ukuran pemanggang roti,” kata ahli fizik Mikkel F. Andersen
“Kami perlahan-lahan menggabungkan perangkap yang mengandungi atom untuk menghasilkan interaksi terkawal yang kami ukur.”
Dalam kes ini, semua atom adalah jenis rubidium yang mengikat untuk membentuk molekul dirubidium, tetapi hanya dua atom yang tidak mencukupi untuk mencapai ini.
“Dua atom tidak dapat membentuk molekul; kimia memerlukan sekurang-kurangnya tiga,” kata ahli fizik Marvin Weiland.
Memodelkan bagaimana ini berlaku adalah cabaran sebenar. Jelas, dua atom mesti cukup dekat untuk membentuk ikatan, sementara yang ketiga mengambil sebahagian tenaga ikatan itu untuk membiarkannya terikat.
Mengusahakan matematik bagaimana hanya dua atom bertemu untuk membina molekul adalah sukar. Mengambil kira semua tindakan boleh menjadi mimpi buruk.
Secara teori, pengumpulan semula tiga badan antara atom harus memaksa mereka untuk meninggalkan perangkap, yang biasanya menambahkan masalah lain bagi ahli fizik yang cuba mengkaji interaksi antara beberapa atom.
Dengan menggunakan kamera khusus untuk memerhatikan perubahan, pasukan menangkap saat zarah rubidium mendekati satu sama lain dan mendapati bahawa kadar kerugian tidak setinggi yang diharapkan.
Pada kenyataannya, ini juga bermaksud bahawa molekul tidak berkumpul secepat yang dijelaskan oleh model yang ada.
Sesuatu mengenai mengehadkan atom dan kesan jarak pendek kuantum dapat membantu menjelaskan kelambatan ini, tetapi hakikat bahawa ini tidak dijangka bermakna banyak fizik dapat diterokai melalui proses ini.
“Dengan pengembangan, kaedah ini dapat memberikan cara untuk membuat dan mengawal molekul individu bahan kimia tertentu.”
Eksperimen selanjutnya akan membantu memperhalusi model-model ini untuk menjelaskan dengan lebih baik bagaimana kumpulan atom bekerjasama untuk bertemu dan mengikat dalam keadaan yang berbeza.
Dalam dunia teknologi yang terus meningkat, tidak sukar untuk membayangkan perlunya proses di mana rangkaian mikroskopik dan ubat maju dibina atom oleh atom, satu kompaun pada satu masa.
“Penyelidikan kami berusaha membuka jalan untuk kemampuan membangun pada skala yang sangat kecil, yaitu pada skala atom, dan saya sangat gembira melihat bagaimana penemuan kami akan mempengaruhi kemajuan teknologi di masa depan,” kata Andersen.
Kajian ini diterbitkan dalam Physical Review Letters.
Sumber: Foto: Universiti Otago
