211service.com
De vreemde link tussen spherium en helium
Spherium is het vreemde hypothetische spul dat ontstaat wanneer twee elektronen zijn beperkt tot het oppervlak van een bol.
Deze stof is het geesteskind van Pierre-Francois Loos en Peter Gill van de Australian National University in Canberra, die ze vorig jaar voor het eerst onthulden. Vandaag gaan ze verder met hun onderzoek naar de eigenschappen en het gedrag ervan en komen ze met een interessante verrassing.
Spherium, zeggen ze, is een van de weinige kwantumsystemen waarvoor het mogelijk is om de Schrödinger-vergelijking die zijn toestand voor een bepaald deel van het energiespectrum beschrijft, exact op te lossen. Maar dit is niet de verrassing.
Eenvoudig oplosbare modellen zijn van groot belang voor natuurkundigen omdat ze belangrijke eigenschappen van een kwantumsysteem kunnen onthullen zonder de hardnekkige wiskundige complexiteit die gewoonlijk ontstaat. Maar het aantal exact oplosbare kwantumsystemen is op de vingers van één hand te tellen.
Daarom hebben kwantumfysici de afgelopen jaren gezocht naar zogenaamde quasi-oplosbare modellen die exact kunnen worden opgelost, maar slechts over een beperkt deel van het energiespectrum. Deze blijken talrijker en dus nuttiger te zijn. Het ontwikkelen ervan is een hele kunst geworden.
Spherium valt in deze categorie. En Loos en Gill bedoelen geen oude sfeer. Ze hebben de eigenschappen van verschillende d-dimensionale bollen uitgewerkt (een d-bol is het oppervlak van een d+1 dimensionale bol).
De verrassing is dat elektronen die beperkt zijn tot het oppervlak van een 3-bol (dwz tot het oppervlak van een 4-D bal) zich op een opmerkelijk vergelijkbare manier gedragen als elektronen die beperkt zijn tot de echte 3D-ruimte. We hebben daarom betoogd dat 3-spherium misschien wel het meest geschikte model is voor het bestuderen van echte atomaire of moleculaire systemen, zeggen Loos en Gill.
Ze wijzen in het bijzonder op de overeenkomst tussen de eigenschappen van 3-spherium- en heliumionen. In sommige opzichten is dat niet zo moeilijk voor te stellen. Het is duidelijk dat de hoop is dat spherium hen zal helpen om ook andere systemen te begrijpen.
Dat is interessant en zit vol met een bepaalde belofte. Waar Loos en Gill op lijken te zinspelen, is dat de chemie van spherium - de manier waarop het aan elkaar bindt - een nieuwe manier zal bieden om het kwantumgedrag van echte moleculen en kunstmatige atomen te bestuderen.
En als dat zo is, wie zal dan zeggen dat er geen periodiek systeem van bollen is met 3, 4 en meer elektronen die ook quasi oplosbare resultaten kunnen opleveren? Kwantumchemie zal misschien nooit meer hetzelfde zijn. Ik denk dat Loos en Gill koortsachtig zullen werken om het ons te laten weten.
Referentie: arxiv.org/abs/1004.3641 : Opgewonden Staten van Spherium