211service.com
Den märkliga länken mellan Spherium och Helium
Spherium är det konstiga hypotetiska ämnet som bildas när två elektroner är begränsade till ytan av en sfär.
Detta ämne är hjärnbarnet till Pierre-Francois Loos och Peter Gill vid Australian National University i Canberra, vilket de först avslöjade förra året. Idag fortsätter de att utforska dess egenskaper och beteende och dyker upp en intressant överraskning.
Spherium, säger de, är ett av få kvantsystem för vilket det är möjligt att exakt lösa Schrodinger-ekvationen som beskriver dess tillstånd för en viss del av energispektrumet. Men detta är inte överraskningen.
Enkla lösbara modeller är av stort intresse för fysiker eftersom de kan avslöja viktiga egenskaper hos ett kvantsystem utan den svårlösta matematiska komplexitet som vanligtvis uppstår. Men antalet exakt lösbara kvantsystem kan räknas på ena handens fingrar.
Så under de senaste åren har kvantfysiker sökt efter så kallade kvasilösbara modeller som kan lösas exakt men bara över en begränsad del av energispektrumet. Dessa visar sig vara fler och därför mer användbara. Att utveckla dem har blivit en ganska konst.
Spherium faller inom denna kategori. Och Loos och Gill menar inte någon gammal sfär. De har räknat ut egenskaperna hos olika d-dimensionella sfärer (en d-sfär är ytan på en d+1-dimensionell boll).
Överraskningen är att elektroner som är begränsade till ytan av en 3-sfär (dvs. till ytan av en 4-D-kula) beter sig på ett anmärkningsvärt liknande sätt som elektroner som är begränsade till verkligt 3D-utrymme. Vi har därför hävdat att 3-sfärium kan vara den lämpligaste modellen för att studera verkliga atomära eller molekylära system, säger Loos och Gill.
De pekar särskilt på likheten mellan egenskaperna hos 3-sfärium- och heliumjoner. På vissa sätt är det inte så svårt att föreställa sig. Uppenbarligen är förhoppningen att spherium kommer att hjälpa dem att förstå andra system också.
Det är intressant och fullt av en viss typ av löfte. Vad Loos och Gill verkar antyda är att sfäriets kemi – hur det binder samman – kommer att ge ett nytt sätt att studera kvantbeteendet hos verkliga molekyler och artificiella atomer.
Och om det gör det, vem kan då säga att det inte finns ett periodiskt system med sfärer med 3, 4 och fler elektroner som också kan ge kvasilösbara resultat? Kvantkemin kanske aldrig blir densamma. Jag antar att Loos och Gill kommer att arbeta febrilt för att meddela oss.
Ref: arxiv.org/abs/1004.3641 : Upphetsade tillstånd av Spherium