Обнаружена неожиданная симметрия в устройстве атома гелия
Даже в простых системах иногда обнаруживаются неожиданные симметрии. В этот раз открыта новая симметричность в расположении узлов электронной волновой функции в атоме гелия.
Весь мир вокруг нас состоит из атомов, а атомы, в свою очередь, — из электронов и ядер, движение которых подчиняется законам квантовой механики. В идеале это означает, что все мыслимые физические и химические свойства веществ должны выводиться из уравнений квантовой механики. Практически же эта задача (пока что) невыполнима: уравнения, описывающие всего два электрона в поле ядра, уже слишком сложны для решения. В результате приходится прибегать к приближенным или численным методам расчета.
В самом грубом приближении, электронную плотность в атоме можно представить в виде стоячей волны, у которой есть горбы и впадины. Для физических явлений, казалось бы, должны быть важны положение и высота горбов — ведь именно в них с наибольшей вероятностью можно обнаружить электроны. На оптимизацию вычислений этих горбов до сих пор и были настроены все программы. Положение впадин, а точнее — узлов волновой функции (т. е. точек с нулевой электронной плотностью), казалось бы, никого особенно волновать и не должно — ведь там-то как раз и нет электронов. Недавняя работа D. Bressanini and P. J. Reynolds, Physical Review Letters 95, 110201 (6 September 2005), по-видимому, приведет к полному пересмотру этих взглядов.
Изучая простейший многоэлектронный атом — атом гелия (Электронная структура атома гелия, pdf, 270 kb), — авторы обнаружили, что положения узлов обладают гораздо большей симметрией в пространстве, чем сама форма электронного облака. Они привели несколько впечатляющих примеров, когда сама волновая функция была неизвестна, но положение ее узлов можно было вычислить аналитически! Это означает, что благодаря узлам можно получить больше информации об устройстве многоэлектронного атома, чем считалось до сих пор. Подробные численные расчеты положения узлов в возбужденных состояниях атома гелия позволили авторам предположить, что особые свойства симметрии узлов волновой функции — общий закон атомной физики, который до сих пор никому не бросался в глаза.
Авторы спешат сообщить, что сейчас они работают над дальнейшим развитием этой идеи, а также ее применением к более сложным атомам. Кроме того, описанные ими свойства атома гелия можно уже сейчас применять в сложных ресурсоемких численных расчетах.
Последние новости
