Zmierzono oddziaływanie van der Waalsa

Fizykom z francuskiego Laboratoire Charles Fabry oraz Uniwerstetu w Lille udało się po raz pierwszy w historii zmierzyć bezpośrednio oddziaływanie międzycząsteczkowe, które znane jest jako siła van der Waalsa. Udało się tego dokonać łapiąc dwa atomy rydbergowskie (czyli takie, w których przynajmniej jeden elektron został wzbudzony do bardzo wysokiego poziomu energetycznego) z pomocą lasera i mierząc siłę przyciągania podczas próby ich rozdzielenia.

Na oddziaływanie to zwrócił po raz pierwszy uwagę holenderski fizyk i laureat nagrody Nobla - Johannes Diderik van der Waals - już w 1874 roku, gdy badał on zachowanie gazów. Występuje ono pomiędzy dipolem trwałym, a dipolem indukowanym i jest nieco podobne do oddziaływania między dwoma dipolami trwałymi lecz jest dużo słabsze. Pojawia się ono gdy w cząsteczkach bez trwałego momentu dipolowego pojawiają się fluktuacje chmur elektronowych nadając cząsteczce chwilowy moment dipolowy.

Do eksperymentalnego jej zbadania konieczne było zbliżenie do siebie atomów na bardzo niewielką odległość co wcześniej nie udawało się ze względu na ich niewielki rozmiar. Francuscy badacze wpadli jednak na pomysł wykorzystania atomów rydbergowskich, które są znacznie większe. Do tego dzięki silnie wzbudzonemu elektronowi osiągają one wysoki chwilowy moment dipolowy - wobec czego siła van der Waalsa jest w nich większa. I po pomiarze okazało się, że siła ta jest zgodna z przewidywaniami teoretycznymi - wynosi ona 1/r⁶ (r oznacza odległość między atomami).

Ale to nie najciekawsze, bo przypadkiem udało się naukowcom odkryć także coś innego. Ewolucja kwantowa układu dwóch atomów była w pełni koherentna - identyczna z tą w kwantowej bramce logicznej składającej się z dwóch kubitów. Badacze twierdzą zatem, że ważniejsze od zmierzenia oddziaływania van der Waalsa było osiągnięcie dokładnej kontroli nad atomami rydbergowskimi - dzięki czemu będzie można z nich tworzyć działające, kwantowe bramki logiczne.

Źródło: