Materia di Rydberg
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.
Fisica
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
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]
Eccitazioni
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
| 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.
Note
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- ↑ 2,0 2,1 Template:Cita pubblicazione
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- ↑ 6,0 6,1 Template:Cita pubblicazione
- ↑ Template:Cita pubblicazione
- ↑ Template:Cita pubblicazione
- ↑ 9,0 9,1 Template:Cita pubblicazione
- ↑ Template:Cita pubblicazione
- ↑ Template:Cita libro
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- ↑ L. Holmlid, "Clusters HN+ (N = 4, 6, 12) from condensed atomic hydrogen and deuterium indicating close-packed structures in the desorbed phase at an active catalyst surface". Surf. Sci. 602 (2008) 3381–3387.
- ↑ L. Holmlid, "Precision bond lengths for Rydberg Matter clusters K19 in excitation levels n = 4, 5 and 6 from rotational radio-frequency emission spectra". Mol. Phys. 105 (2007) 933–939.
- ↑ 17,0 17,1 L. Holmlid, "Rotational spectra of large Rydberg Matter clusters K37, K61 and K91 give trends in K-K bond distances relative to electron orbit radius". J. Mol. Struct. 885 (2008) 122–130.
- ↑ 18,0 18,1 L. Holmlid, "Classical energy calculations with electron correlation of condensed excited states – Rydberg Matter". Chem. Phys. 237 (1998) 11–19. Template:Doi
- ↑ H. Åkesson, S. Badiei and L. Holmlid, "Angular variation of time-of-flight of neutral clusters released from Rydberg Matter: primary and secondary Coulomb explosion processes". Chem. Phys. 321 (2006) 215–222.
- ↑ L. Holmlid, "Amplification by stimulated emission in Rydberg Matter clusters as the source of intense maser lines in interstellar space". Astrophys. Space Sci. 305 (2006) 91–98.
- ↑ L. Holmlid, "The alkali metal atmospheres on the Moon and Mercury: explaining the stable exospheres by heavy Rydberg Matter clusters". Planet. Space Sci. 54 (2006) 101–112.
- ↑ L. Holmlid, "Vibrational transitions in Rydberg Matter clusters from stimulated Raman and Rabi-flopping phase-delay in the infrared". J. Raman Spectr. 39 (2008) 1364–1374.
- ↑ Template:Cita pubblicazione
- ↑ I. L. Beigman and V. S. Lebedev, "Collision theory of Rydberg atoms with neutral and charged particles". Phys. Rep. 250, 95 (1995).
- ↑ 25,0 25,1 É. A. Manykin, M. I. Ozhovan, P. P. Poluéktov, "Decay of a condensate consisting of excited cesium atoms". Zh. Éksp. Teor. Fiz. 102, 1109 (1992) [Sov. Phys. JETP 75, 602 (1992)].
- ↑ E.A. Manykin, M.I. Ojovan, P.P. Poluektov. "Impurity recombination of Rydberg matter". JETP 78 (1994) 27–32.
- ↑ 27,0 27,1 L. Holmlid, "Redshifts in space caused by stimulated Raman scattering in cold intergalactic Rydberg Matter with experimental verification". J. Exp. Theor. Phys. JETP 100 (2005) 637–644.
- ↑ Template:Cita pubblicazione
- ↑ J. Wang, K. Engvall and L. Holmlid, "Cluster KN formation by Rydberg collision complex stabilization during scattering of a K beam off zirconia surfaces". J. Chem. Phys. 110 (1999) 1212–1220.
- ↑ R. Svensson and L. Holmlid, "Very low work function surfaces from condensed excited states: Rydberg matter of cesium". Surface Sci. 269/270 (1992) 695–699.