Какой формы атом?

Мы настолько привыкли к шароcтержневым моделям молекул, что даже не задумываемся над тем, какую форму на самом деле имеют атомы. А ведь древние, которые первыми предложили концепцию атома, считали, что атомы, подобно колючкам репейника, имеют крючочки, выступы и углубления…
Пятнадцать лет назад после изобретения сканирующего туннельного микроскопа ученые научились с помощью его иглы подцеплять и переносить отдельные атомы. А в 1990 г. сотрудники известной электронной фирмы «выложили» с помощью 35 атомов ксенона ее название из трех букв. Основания атомов, укрепленных на подложке, были круглыми, а их электронные облака вытянулись вверх наподобие округлых поварских колпаков. Это было воспринято как доказательство сферической формы атомов, поскольку только сфера, «посаженная» на плоскость, деформируется в конус с округлой вершиной.
Два года назад случилось другое событие в оптической физике. А.Зибров и М.Лукин из Физического института РАН (ФИАН) опубликовали в журнале «Nature» статью, в которой описали «стационарные световые импульсы в атомной среде рубидия», а проще говоря, то, что им наконец удалось остановить свет! Так были получены стоячие волны света…
Это уникальное научное достижение само по себе всего лишь два года спустя было использовано в сугубо практических целях. Журнал «Physics Review Letters» опубликовал описание световой ловушки, образованной тремя взаимно перпендикулярными стоячими волнами, в которой ученые «задержали» отдельные ультрахолодные атомы калия. Были опубликованы компьютерные картинки атомов, что позволило увидеть их форму. При низких энергиях атом калия похож по своей «колпачной» форме на атом ксенона. А вот накачка атомов энергией привела к резкому изменению их формы. При этом супернакачанный атом, как оказалось, имеет форму параллелепипеда (рис.).
Все эти исследования, проводимые на принципиально новом уровне, позволяют нам увидеть то, чего еще никто и никогда не видел. Изучение отдельного атома выгодно отличает его результаты от полученных прежде с помощью приблизительных методов и моделирований с неизвестной степенью достоверности и точности.
Эти результаты имеют огромное значение и для химии. Ведь важно установить, что же происходит с электронами атома при их возбуждении и переходе на более высокие энергетические уровени, поскольку это необходимо для понимания механизмов протекающих химических реакций, налаживания все более чистого и эффективного химического производства.

Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Nature, 2003, № 6967, p. 610, 638;
2005, № 7932, р. 448, 481)