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El asunto de Rydberg

La materia de Rydberg [1] es una fase exótica de la materia formada por átomos de Rydberg ; fue predicha alrededor de 1980 por É. A. Manykin, MI Ozhovan y PP Poluéktov. [2] [3] Se ha formado a partir de varios elementos como cesio , [4] potasio , [5] hidrógeno [6] [7] y nitrógeno ; [8] se han realizado estudios sobre posibilidades teóricas como sodio , berilio , magnesio y calcio . [9] Se ha sugerido que es un material del que pueden surgir bandas interestelares difusas . [10] Circular [11] Los estados de Rydberg, donde el electrón más externo se encuentra en una órbita circular plana, son los más longevos, con tiempos de vida de hasta varias horas, [12] y son los más comunes. [13] [14] [15]

Físico

Un cúmulo de materia de Rydberg plano de 19 átomos. En el séptimo nivel de excitación, la espectroscopia en los cúmulos K 19 mostró que la distancia de enlace era de 5,525 nm. [16]
Esquema de la distribución de los electrones de valencia en una materia de Rydberg formada por átomos de Cs excitados (n=10) [ cita requerida ]

La materia de Rydberg consiste generalmente en cúmulos hexagonales [ 17] [18] [16] planos [19] ; ​​estos no pueden ser muy grandes debido al efecto de retardo causado por la velocidad finita de la velocidad de la luz. [19] Por lo tanto, no son gases o plasmas; ni son sólidos o líquidos; son más similares a plasmas polvorientos con pequeños cúmulos en un gas. Aunque la materia de Rydberg se puede estudiar en el laboratorio mediante sondeo láser, [20] el cúmulo más grande reportado consiste en solo 91 átomos, [7] pero se ha demostrado que está detrás de nubes extendidas en el espacio [10] [21] y la atmósfera superior de los planetas. [22] La unión en la materia de Rydberg es causada por la deslocalización de los electrones de alta energía para formar un estado general de energía más baja. [3] La forma en que los electrones se deslocalizan es formando ondas estacionarias en bucles que rodean los núcleos, creando un momento angular cuantificado y las características definitorias de la materia de Rydberg. Es un metal generalizado por los números cuánticos que influyen en el tamaño del bucle, pero restringido por el requisito de enlace para una fuerte correlación electrónica; [19] muestra propiedades de correlación de intercambio similares al enlace covalente. [23] La excitación electrónica y el movimiento vibracional de estos enlaces se pueden estudiar mediante espectroscopia Raman . [24]

Vida

Esquema de un potencial efectivo dentro de una celda de Wigner-Seitz de una materia de Rydberg compuesta de átomos de Cs excitados ( n = 10) [25] [26]

Debido a razones que aún son debatidas por la comunidad de físicos debido a la falta de métodos para observar cúmulos, [27] la materia de Rydberg es altamente estable frente a la desintegración por emisión de radiación; la vida útil característica de un cúmulo en n = 12 es de 25 segundos. [26] [28] Las razones dadas incluyen la falta de superposición entre los estados excitado y fundamental, la prohibición de transiciones entre ellos y los efectos de intercambio-correlación que dificultan la emisión al necesitar un túnel [23] que causa un largo retraso en el decaimiento de la excitación. [25] La excitación juega un papel en la determinación de las vidas útiles, con una excitación más alta dando una vida útil más larga; [26] n = 80 da una vida útil comparable a la edad del Universo. [29]

Excitaciones

En los metales ordinarios, las distancias interatómicas son casi constantes en un amplio rango de temperaturas y presiones; este no es el caso de la materia de Rydberg, cuyas distancias y, por lo tanto, propiedades varían en gran medida con las excitaciones. Una variable clave para determinar estas propiedades es el número cuántico principal n, que puede ser cualquier entero mayor que 1; los valores más altos reportados para él están alrededor de 100. [29] [30] La distancia de enlace d en la materia de Rydberg está dada por

donde a 0 es el radio de Bohr . El factor aproximado 2,9 se determinó primero experimentalmente y luego se midió con espectroscopia rotacional en diferentes grupos. [16] En la tabla adyacente se dan ejemplos de d calculados de esta manera, junto con valores seleccionados de la densidad D .

Condensación

Al igual que los bosones, que pueden condensarse para formar condensados ​​de Bose-Einstein , la materia de Rydberg puede condensarse, pero no de la misma manera que los bosones. La razón de esto es que la materia de Rydberg se comporta de manera similar a un gas, lo que significa que no se puede condensar sin eliminar la energía de condensación; si esto no se hace, se produce ionización. Todas las soluciones a este problema hasta ahora implican el uso de una superficie adyacente de alguna manera, siendo la mejor evaporación de los átomos a partir de los cuales se formará la materia de Rydberg y dejar la energía de condensación en la superficie. [31] Utilizando átomos de cesio , superficies cubiertas de grafito y convertidores termoiónicos como contención, se ha medido que la función de trabajo de la superficie es de 0,5 eV, [32] lo que indica que el cúmulo está entre los niveles de excitación noveno y decimocuarto. [25]

Véase también

La descripción general [33] proporciona información sobre la materia de Rydberg y posibles aplicaciones en el desarrollo de energía limpia, catalizadores, investigación de fenómenos espaciales y uso en sensores.

Cuestionado

La investigación que afirma crear materia de Rydberg de hidrógeno ultradenso (con un espaciamiento interatómico de ~2,3 pm: muchos órdenes de magnitud menos que en la mayoría de la materia sólida) es cuestionada: [34]

″El artículo de Holmlid y Zeiner-Gundersen hace afirmaciones que serían verdaderamente revolucionarias si fueran ciertas. Hemos demostrado que violan algunas leyes fundamentales y muy bien establecidas de una manera bastante directa. Creemos que compartimos este escepticismo con la mayor parte de la comunidad científica. La respuesta a las teorías de Holmlid se refleja quizás más claramente en la lista de referencias de su artículo. De 114 referencias, 36 no son coautoras de Holmlid. Y de estas 36, ninguna aborda las afirmaciones hechas por él y sus coautores. Esto es mucho más notable porque las afirmaciones, si son correctas, revolucionarían la ciencia cuántica, agregarían al menos dos nuevas formas de hidrógeno, de las cuales una es supuestamente el estado fundamental del elemento, descubrirían una forma extremadamente densa de materia, descubrirían procesos que violan la conservación del número bariónico, además de resolver la necesidad de energía de la humanidad prácticamente a perpetuidad.″

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