Un fisico della Purdue University ha osservato una molecola di Rydberg a farfalla, un debole accoppiamento di due atomi altamente eccitabili che aveva predetto sarebbe esistito più di un decennio fa.

Le molecole di Rydberg si formano quando un elettrone viene spinto lontano dal nucleo di un atomo. Chris Greene, Albert Overhauser Distinguished Professor di Fisica e Astronomia di Purdue, insieme ai suoi coautori H. Sadeghpour ed E. Hamilton, teorizzò nel 2002 che una tale molecola potesse attrarre e legarsi a un altro atomo.

"Per tutti gli atomi normali, gli elettroni sono sempre a uno o due angstrom di distanza dal nucleo, ma in questi atomi di Rydberg puoi ottenerli 100 o 1, 000 volte più lontano, " Greene ha detto. "A seguito del lavoro preliminare alla fine degli anni '80 e all'inizio degli anni '90, abbiamo visto nel 2002 la possibilità che questo lontano elettrone di Rydberg potesse legare l'atomo a un altro atomo a una distanza molto grande. Questo elettrone è come un cane da pastore. Ogni volta che sfreccia davanti a un altro atomo, questo atomo di Rydberg aggiunge un po' di attrazione e lo spinge verso un punto finché non cattura e lega insieme i due atomi".

Una collaborazione che coinvolge Greene e il suo associato post-dottorato Jesus Perez-Rios a Purdue e ricercatori dell'Università di Kaiserslautern in Germania ha ora dimostrato l'esistenza della molecola della farfalla Rydberg, così chiamato per la forma della sua nuvola di elettroni. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Questo nuovo meccanismo vincolante, in cui un elettrone può afferrare e intrappolare un atomo, è davvero nuovo dal punto di vista della chimica. È un modo completamente nuovo in cui un atomo può essere vincolato da un altro atomo, " ha detto Green.

I ricercatori hanno raffreddato il gas rubidio a una temperatura di 100 nano-Kelvin, circa un decimilionesimo di grado sopra lo zero assoluto. Usando un laser, erano in grado di spingere un elettrone dal suo nucleo, creando un atomo di Rydberg, e poi guardalo.

"Ogni volta che un altro atomo si trova alla giusta distanza, puoi regolare la frequenza del laser per catturare quel gruppo di atomi che si trovano a una separazione internucleare molto chiara prevista dal nostro trattamento teorico, " ha detto Green.

Sono stati in grado di rilevare l'energia di legame tra i due atomi in base ai cambiamenti nella frequenza della luce assorbita dalla molecola di Rydberg.

Greene ha detto che è soddisfacente sapere che le previsioni fatte tanto tempo fa sono state dimostrate.

"È una dimostrazione davvero chiara che questa classe di molecole esiste, " Greene ha detto. "Convalida anche l'intero approccio teorico che noi e alcuni altri gruppi abbiamo adottato che ha portato alla previsione e allo studio di questa nuova classe di molecole.

"Queste molecole hanno enormi momenti di dipolo elettrico che consentono loro di essere manipolate da deboli campi elettrici 100 volte più piccoli di quelli necessari per spostare le comuni molecole biatomiche; questo potrebbe un giorno essere applicato allo sviluppo di apparecchiature elettroniche o macchine su scala molecolare".

Greene continuerà a studiare gli atomi di Rydberg, compresi i test per vedere se più atomi potrebbero essere legati a una molecola di Rydberg.