Ученые из Германии и Австрии впервые запечатлели электронные орбитали в трех измерениях, что считалось раньше невозможным, сообщает пресс-служба Исследовательского центра Юлих. Результаты своего достижения ученые опубликовали в Nature Communications.
Эта новость может показаться неправдоподобной, ведь орбитали — это модель, которая описывает движения электрона как волны. А квантовая механика запрещает напрямую наблюдать, как электрон из частицы становится волной. В 2004 физики из Канады и Японии смогли обойти этот запрет и предложили непрямое наблюдение за орбиталями простой двухатомной молекулы. Десять лет спустя, коллектив ученых из Университета в Гратце и Исследовательского центра Юлих, в который входит и наш соотечественник, выпускник Томского государственного университета Сергей Субач (Serguei Soubatch), усовершенствовали метод и с помощью фотоэлектронной спектроскопии смогли наблюдать орбитали более сложной молекулы, но только в двух измерениях.
Нынешнее достижение этой же команды ученых при содействии Немецкого национального метрологического института состоит в том, что они создали еще более совершенный метод, позволяющий увидеть объемные электронные орбитали — в трех измерениях. Эксперимент предполагал измерение фотонов с различными энергиями. Информация о них фиксировалась примерно таким же способом, как если бы камера снимала один объект, меняя фокус. Ученым понадобилось много времени, чтобы объединить полученную информацию об атоме и создать пространственное изображение орбиталей. Проблема крылась в подсчете фотонов. Они установили детектор в синхротроне (Метрологический источник света, MLS) в Берлине. Это один из немногих приборов в мире, который точно откалиброван для подсчета фотонов. В итоге им удалось наблюдать волновую функцию, которая согласно законам квантовой механики, считается ненаблюдаемой.
Кроме того, этот эксперимент показал, что испускаемые источником электроны можно описать тем же способом, что и свободные электроны. Эту идею отвергли почти полвека назад, но теперь она получила второе рождение.
