Materia di Rydberg

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La materia di Rydberg è una fase della materia formata da atomi di Rydberg; fu predetta intorno al 1980 da É. A. Manykin, M. I. Ozhovan e P. P. Poluéktov.[1][2] È stata formata da vari elementi come il cesio,[3] potassio,[4] idrogeno[5][6] e azoto;[7] sono stati condotti degli studi su possibilità teoriche come sodio, berillio, magnesio e calcio.[8]

È stato suggerito essere un materiale derivato da bande interstellari diffuse[9]; stati di Rydberg circolari[10], dove l'elettrone periferico giace in un'orbita circolare planare, sono i più stabili con tempi di vita di diverse ore[11] e sono i più comuni.[12][13][14] Quest'ipotesi, però, generalmente non è accettata dalla comunità astronomica.

La materia di Rydberg è costituita da[15] aggregati esagonali[16][17] planari[18]; questi non possono essere molto grandi a causa dell'effetto di ritardo causato dalla velocità della luce di valore finito.[18] Quindi, non si trovano né allo stato gassoso, né sotto forma di plasma; né allo stato solido né in quello liquido; piuttosto sono molto simili a plasma polveroso con piccoli aggregati gassosi. Sebbene la materia di Rydberg possa essere studiata in laboratorio attraverso laser probing[19] (l'agglomerato più grande trovato ha soli 91 atomi[6]) tuttavia è stato provato che essa può essere trovata dietro estese nuvole nello spazio[9][20] e nell'atmosfera superiore dei pianeti.[21] Il Bonding nella materia di Rydberg è causato dalla delocalizzazione di elettroni energetici che formano uno stato complessivo di bassa energia.[2] Gli elettroni si delocalizzano in modo da formare onde stazionarie su anelli intorno ai nuclei, creando un momento angolare quantizzato e definendo le caratteristiche della materia di Rydberg. I moti vibrazionali ed elettronici dei legami atomici possono essere studiati attraverso la spettroscopia Raman.[22]

Tempo di vita

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A causa di ragioni ancora in discussione, tra cui la mancanza di un metodo di osservazione degli aggregati,[23] la materia di Rydberg è fortemente stabile contro la disintegrazione da emissione di radiazione; il tempo di vita caratteristico di un aggregato ad n = 100 è 17 secondi.[24] I motivi includono la mancanza di sovrapposizione tra stati eccitati e di terra, transizioni proibite tra loro ed effetti di cambio di correlazione che ostacolano l'emissione per tunneling (E.A. Manykin, M.I. Ojovan Pagina 57); tutto ciò causa un lungo ritardo nell'esaurimento dell'eccitazione.[25] L'eccitazione gioca un ruolo importante nella definizione del tempo di vita: maggiore è l'eccitazione, maggiore sarà il tempo di vita;[26] n = 80 fornisce una tempo di vita confrontabile con l'età dell'universo.[27]

Nei metalli ordinari, le distanze interatomiche sono quasi costanti in un'ampia fascia di valori di temperatura e pressione; questo non vale con la materia di Rydberg, in cui le distanze e le proprietà della materia stessa variano enormemente con le eccitazioni. Una variabile chiave che serve a determinare queste proprietà è il numero quantico principale n che può essere qualsiasi intero maggiore di 1; il più grande valore è circa 100.[27][28] La distanza di legame d nella materia di Rydberg è data da

dove a0 è il raggio di Bohr. Il fattore di approssimazione 2.9 fu inizialmente determinato per via sperimentale, poi misurato in diversi aggregati con la spettroscopia rotazionale.[17]

Condensazioni

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n d (nm) D (cm−3)
1 0.153 2.8 × 1023
4 2.45
5 3.84
6 5.52
10 15.3 2.8 × 1017
40 245
80 983
100 1534 2.8 × 1011

Come i bosoni che possono condensare nel Condensato di Bose-Einstein, così la materia di Rydberg si può condensare, ma non nello stesso modo dei bosoni. La ragione di ciò è che la materia di Rydberg si comporta come un gas, cioè non può condensarsi senza che si rimuova l'energia di condensazione; se non è fatto, si verifica la ionizzazione. Le soluzioni a questo problema prevedono l'utilizzo in qualche modo di una superficie adiacente; la migliore sarebbe far evaporare gli atomi della materia di Rydberg e lasciare l'energia di condensazione sulla superficie.[29] Utilizzando atomi di cesio, superfici di grafite e convertitori termoionici come contenimento, è stata misurata la funzione di estrazione sulla superficie risultando 0.5 eV,[30] indicando che l'aggregato è tra il nono ed il quattordicesimo livello di eccitazione.[25] La tabella a destra riassume il calcolo di d fatto a diversi valori di densità D.

  1. ^ É.A. Manykin, M.I. Ozhovan, P.P. Poluéktov, Transition of an excited gas to a metallic state, in Sov. Phys. Tech. Phys. Lett., vol. 6, 1980, p. 95.
  2. ^ a b É.A. Manykin, M.I. Ozhovan, P.P. Poluéktov, On the collective electronic state in a system of strongly excited atoms, in Sov. Phys. Dokl., 26, 1981, pp. 974–975, Bibcode:1981SPhD...26..974M.
  3. ^ V.I. Yarygin, V.N. Sidel’nikov, I.I. Kasikov, V.S. Mironov, and S.M. Tulin, Experimental Study on the Possibility of Formation of a Condensate of Excited States in a Substance (Rydberg Matter), in JETP Letters, vol. 77, 2003, p. 280, Bibcode:2003JETPL..77..280Y, DOI:10.1134/1.1577757.
  4. ^ S. Badiei and L. Holmlid, Neutral Rydberg Matter clusters from K: Extreme cooling of translational degrees of freedom observed by neutral time-of-flight, in Chemical Physics, vol. 282, 2002, pp. 137–146, Bibcode:2002CP....282..137B, DOI:10.1016/S0301-0104(02)00601-8.
  5. ^ S. Badiei and L. Holmlid, Experimental studies of fast fragments of H Rydberg matter, in Journal of Physics B, vol. 39, 2006, pp. 4191–4212, Bibcode:2006JPhB...39.4191B, DOI:10.1088/0953-4075/39/20/017.
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  8. ^ A.V. Popov, Search for Rydberg matter: Beryllium, magnesium and calcium, in Czechoslovak Journal of Physics, vol. 56, 2006, pp. B1294, Bibcode:2006CzJPh..56B1294P, DOI:10.1007/s10582-006-0365-2.
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  10. ^ J. Liang, M. Gross, P. Goy, S. Haroche, Circular Rydberg-state spectroscopy, in Physical Review A, vol. 33, 1986, pp. 4437–4439, Bibcode:1986PhRvA..33.4437L, DOI:10.1103/PhysRevA.33.4437, PMID 9897204.
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Voci correlate

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