Физики создали искусственные аналоги водорода, а именно более тяжелый и более легкий варианты атомов этого элемента, и с их помощью проверили некоторые положения квантовой механики. 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). Ранее другие группы исследователей уже получали подобные частицы. 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.