Por primera vez, los físicos han observado una molécula extraña llamada «butterfly Rydberg molecule» («la molécula de Rydberg de la mariposa») – una débil vinculación de átomos altamente excitables que se predijo por primera vez en el año 2002.
El hallazgo no sólo confirma una predicción de 14 años de duración, sino que también confirma la existencia de un tipo totalmente nuevo de enlace atómico.
Las moléculas de Rydberg se forman cuando un electrón es lanzado lejos del núcleo de un átomo, lo que los hace super electrónicamente excitados.
Por su cuenta, son bastante comunes. Pero en el año 2002, un equipo de investigadores de la Universidad de Purdue en Indiana predijo que una molécula de Rydberg podría atraer y unirse a otro átomo – algo que se creía imposible según nuestra comprensión de cómo los átomos se unían en ese momento.
Ellos llamaron a esa combinación de moléculas hipotéticas la «butterfly Rydberg molecule», debido a la distribución similar a una mariposa de los electrones en órbita.
Y ahora, 14 años más tarde, el mismo equipo finalmente ha observado una molécula de Rydberg en el laboratorio, y en el proceso, ha descubierto un nuevo tipo de enlace atómico débil.
«Este nuevo mecanismo vinculante, en el que un electrón puede atrapar un átomo, es realmente nuevo desde el punto de vista de la química», explicó el investigador principal Chris Greene. «Es una forma completamente nueva en que un átomo puede ser manipulado por otro átomo».
Las moléculas de Rydberg son únicas porque pueden tener electrones que están entre 100-1.000 veces más lejos del núcleo de lo normal.
El equipo fue capaz de crearlos para este experimento mediante el enfriamiento de gas de Rubidio a una temperatura de 100 nano-Kelvin -una diezmillonésima de grado por encima del cero absoluto- y luego excitando los átomos en un estado de Rydberg, usando láseres.
El equipo mantuvo estas moléculas de Rydberg bajo observación para ver si realmente podrían atraer a otro átomo. Estaban buscando cualquier cambio en la frecuencia de la luz que las moléculas pudieran absorber, lo que sería un signo de que se había producido un atascamiento de energía.
Eventualmente, descubrieron que los electrones lejanos podrían de hecho ayudar a atraer y unirse con otros átomos, tal como habían predicho en 2002.
«Este electrón [lejano] es como un perro pastor», dijo Greene. «Cada vez que pasa ante otro átomo, este átomo de Rydberg añade una pequeña atracción y lo empuja hacia un punto hasta que captura y une los dos átomos».
«Es una demostración muy clara de que esta clase de moléculas existen», agregó.
Estas moléculas «butterfly Rydberg» son sustancialmente más grandes que las moléculas normales debido a sus electrones en órbita distante, y ahora que sabemos que existen, podrían ser utilizados en el desarrollo de la electrónica y máquinas de escala molecular porque requieren menos energía para moverse.
«El principal entusiasmo sobre este trabajo en la comunidad de física atómica y molecular se ha relacionado con el hecho de que estas enormes moléculas existen y son observables», dijo Greene a The Telegraph en el 2012.
Estaremos atentos a ver lo que pasa con ellos ahora, y en un futuro, ojalá no tan lejano, las posibles aplicaciones que realizarán con este hallazgo.
Los resultados del equipo han sido publicados en Nature Communications.
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