Физики создали искусственные аналоги водорода

Физики создали искусственные аналоги водорода, а именно более тяжелый и более легкий варианты атомов этого элемента. Статья ученых опубликована в журнале Science, а коротко о работе пишет портал Nature News.

Атом самого распространенного изотопа водорода — протия — состоит из одного протона с обращающимся вокруг него электроном. Существуют также более тяжелые изотопы — дейтерий и тритий, ядра которых дополнительно содержат, соответственно, один и два нейтрона. Так как химические свойства элемента зависят, в первую очередь, от его внешних электронов, все три изотопа водорода в химических реакциях проявляют себя приблизительно одинаково. Однако постулаты квантовой механики утверждают, что из-за разной массы некоторые свойства изотопов все-таки должны отличаться.

Чтобы проверить это утверждение, авторы новой работы решили создать аналоги атомов водорода с более существенной разницей в массе. Для получения таких атомов физики использовали мюоны — частицы, которые в 207 раз тяжелее электрона, но обладают похожими свойствами.

Чтобы получить более легкую версию "псевдоводорода", ученые замещали протон в атомах протия на положительно заряженный мюон (его масса составляет около 11 процентов от массы протона). Тяжелый вариант был получен заменой на мюон одного из электронов в атоме гелия. Атом гелия содержит два протона, два нейтрона и два электрона. Так как мюон тяжелее электрона, он обращается ближе к ядру атома гелия и маскирует положительный заряд одного из протонов. В итоге "ядро" тяжелого "псевдоводорода" оказывается составленным из двух протонов, двух нейтронов и мюона. Вокруг "ядра" обращается оставшийся электрон, так что по структуре получившаяся частица напоминает водород, а ее масса оказывается в четыре раза больше.

Исследователи показали, что изменение тех свойств созданных ими "псевдоводородов", которые, согласно постулатам квантовой механики, должны зависеть от массы, хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями. В данной работе авторы проверяли, как будут изменяться параметры так называемой реакции замещения H + H₂ = H₂ + H, где H — это обозначение элемента водорода.

В середине прошлого года другой коллектив ученых проверил еще один постулат квантовой механики — так называемое правило Борна, которое описывает вероятность получения определенного результата при проведении измерения.