Классическая механика описывает движение больших объектов, таких как планеты, звезды и галактики. Но для описания поведения таких микроскопических объектов, как атомы и субатомные частицы, требуются совершенно иные законы — законы квантовой механики.

Это очевидно. Однако что может произойти, если атом искусственно сделать достаточно большим для того, чтобы его электроны вели себя аналогично планетам, вращающимся на орбите вокруг Солнца. Ученые-физики провели эксперимент и заставили гигантский атом вести себя подобно крошечной планетной системе.

В начале XX века нобелевский лауреат, знаменитый датский физик Нильс Бор, предложил такую наглядную модель атома. Он предположил, что атом в некоторой степени схож с нашей Солнечной системой: вокруг светила-ядра вращаются по своим орбитам-уровням планеты-электроны.

Потом это представление неоднократно пересматривалось и усложнялось. В частности, внутри ядра были обнаружены протоны и нейтроны, а сами электроны, как оказалось, вовсе не представляют собой некие точечные образования, подобные твердым телам-планетам.

Но возвращаются миры на круги своя. Никто ведь никогда не видел атом воочию, а потому и не знал, как он на самом деле выглядит. Выяснить это взялись недавно ученые из университета Райс, США. Но поскольку современная техника все еще не позволяет разглядеть строение атома во всех деталях, исследователи решили… увеличить его размеры.

Идет эксперимент по накачке атома энергией с помощью лазера. Фото вверху: так выглядит атом при первом приближении.

Для этого они взяли один-единственный атом калия и накачали его электроны энергией с помощью ультрафиолетового лазера. При этом электроны перешли на столь высокие энергетические орбиты, что размер атома увеличился в 100 000 раз по отношению к его нормальному состоянию.

При этом электроны, вращающиеся вокруг ядра, должны вести себя, как планеты крошечной солнечной системы, подчиняясь законам классической ньютоновской механики, предположили физики. Правда, отследить перемещения каждого электрона в отдельности они пока не смогли, но о его энергии, скорости и положении можно судить и по косвенным показателям — например, по волновой функции электрона, которая называется волновым пакетом.

Использовав радиоизлучение с вращающейся поляризацией, исследователи стали как бы кадр за кадром фиксировать движение электрона вокруг атома.

В следующих экспериментах они попробуют «запустить» на различные высокие орбиты вокруг ядра одновременно два волновых пакета электронов, что позволит им смоделировать более сложную «планетную систему».