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
modificaLa 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
modificaA 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
modificaNei 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
modifica| 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
modifica- ^ É.A. Manykin, M.I. Ozhovan, P.P. Poluéktov, Transition of an excited gas to a metallic state, in Sov. Phys. Tech. Phys. Lett., vol. 6, 1980, p. 95.
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