Fisica: creato il primo raggio di vortice atomico

I fisici hanno creato il primo raggio di vortice atomico, un tornado vorticoso di atomi e molecole con proprietà misteriose che devono ancora essere comprese. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Science.

Inviando un raggio dritto di atomi di elio attraverso una grata con minuscole fessure, gli scienziati sono stati in grado di utilizzare le strane regole della meccanica quantistica per trasformare il raggio in un vortice.

Il momento angolare orbitale del raggio

La rotazione del raggio, chiamata momento angolare orbitale, gli dà una nuova direzione in cui muoversi, consentendogli di agire in modi che i ricercatori devono ancora prevedere. Ad esempio, credono che la rotazione degli atomi potrebbe aggiungere dimensioni extra di magnetismo al raggio, insieme ad altri effetti imprevedibili, a causa degli elettroni e dei nuclei all’interno degli atomi del vortice a spirale che ruotano a velocità diverse.

“C’è una possibilità che ciò potrebbe anche cambiare il momento magnetico dell’atomo”, o il magnetismo intrinseco di una particella che la fa agire come un minuscolo magnete a barra, ha affermato a WordsSideKick.com Yair Segev, coautore dello studio.

Nell’immagine semplificata e classica dell’atomo, gli elettroni con carica negativa orbitano attorno a un nucleo atomico con carica positiva. In questa prospettiva, Segev ha affermato che mentre gli atomi ruotano nel loro insieme, gli elettroni all’interno del vortice ruoterebbero a una velocità maggiore rispetto ai nuclei, “creando diverse correnti elettriche opposte” mentre si attorcigliano.

Questo potrebbe, secondo la famosa legge dell’induzione magnetica delineata da Michael Faraday, produrre tutti i tipi di nuovi effetti magnetici, come momenti magnetici che puntano attraverso il centro del raggio e fuori dagli atomi stessi, insieme a più effetti che non possono prevedere.

I ricercatori hanno creato il raggio inviando atomi di elio attraverso una griglia di minuscole fessure di soli 600 nanometri di diametro. Nel regno della meccanica quantistica, gli atomi possono comportarsi sia come particelle che come onde minuscole; in quanto tale, il raggio di atomi di elio simile a onde ha diffratto attraverso la griglia, piegandosi così tanto da essere emerso come un vortice che si è fatto strada attraverso lo spazio. 

Gli atomi vorticanti sono poi arrivati ​​a un rivelatore, che ha mostrato più raggi – diffratti in misura diversa per avere momenti angolari variabili – mentre minuscoli anelli a forma di ciambella gli sono stati impressi. Gli scienziati hanno anche individuato anelli di ciambella ancora più piccoli e luminosi incuneati all’interno dei tre vortici centrali. 

Questi sono i segni rivelatori degli eccimeri di elio, molecole che si formano quando un atomo di elio eccitato dal punto di vista energetico si attacca a un altro atomo di elio, (solitamente, l’elio è un gas nobile e non si lega a nulla).

Il momento angolare orbitale, dato agli atomi all’interno del raggio a spirale, cambia anche le “regole di selezione” della meccanica quantistica, determinando come gli atomi vorticosi interagiranno con altre particelle, ha detto Segev. Successivamente, i ricercatori frantumeranno i loro fasci di elio in fotoni, elettroni e atomi di elementi oltre all’elio, per vedere come potrebbero comportarsi.

Se il loro raggio rotante agisse effettivamente in modo diverso, potrebbe diventare un candidato ideale per un nuovo tipo di microscopio in grado di scrutare dettagli sconosciuti a livello subatomico. Il raggio potrebbe, secondo Segev, darci maggiori informazioni su alcune superfici modificando l’immagine che viene impressa sugli atomi del raggio che vi sono rimbalzati.

“Penso che, come spesso accade nella scienza, non sia un salto di capacità che porta a qualcosa di nuovo, ma piuttosto un cambiamento di prospettiva“, ha affermato Segev.

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