Страница 20 из 70
Меньше, чем через два года наука “физика микрокластеров” обзавелась своим учебником “Физика микрокластеров”, написанным Сатори Сугано и Хирояши Коидзуми. Все цитаты из этого учебника, которыми мы будет пользоваться, приводятся из второго пересмотренного издания, вышедшего в 1998 году. В учебнике говорится: при наличии новых открытий в области микрокластеров, сейчас мы можем организовать группирования атомов в четыре основные категории размера, причем каждая категория обладает своими свойствами:
• Молекулы: 1 — 10 атомов.
• Микрокластеры: 10 — 1000 атомов.
• Тонкодисперсные включения: 1000 — 100.000 атомов.
• Уплотнение: 100.000 + атомов.
Изучая вышеприведенный список, мы ожидаем, что микрокластеры будут обладать характеристиками, общими с молекулами и тонкодисперсными включениями. На самом деле они обладают свойствами, присущими только им самим. Сугано объясняет:
“Микрокластеры, состоящие из 10–103 атомов, не демонстрируют ни свойства соответствующих уплотнений, ни свойства соответствующей молекулы, состоящей из нескольких атомов. Можно считать, что микрокластеры образуют новую фазу материи, находящуюся между макроскопическими твердыми телами и микроскопическими частицами, такими как атомы и молекулы, и демонстрирующую как макроскопические, так и микроскопические характеристики. Однако исследование новой фазы материи в развитии квантовой теории материи не проводилось вплоть до последних лет”.
По мере продолжения чтения мы узнаем, что микрокластеры не образуются случайно любой группой из 10 — 1000 атомов; только определенные “магические числа” атомов будут собираться вместе и формировать микроскластеры. Следующая цитата описывает, как это впервые было открыто. И читая, следует помнить, что упоминаемый “спектр массы” означает спектроскопический анализ, который мы обсуждали в предыдущей главе. Когда обсуждаются “кластерные лучи”, это значит, что атомы (такие как Na) пропускаются через крошечное сопло, чтобы сформироваться в луч, который затем анализируется. И самое важное: когда атомы выходят из сопла, некоторые из них спонтанно собираются в микрокластеры, демонстрирующие аномальные свойства:
“Впервые микроскопические характеристики микрокластеров были открыты посредством наблюдения аномалий спектра массы (спектрального анализа) кластерного луча натрия особых размеров. Такие размеры (количество атомов) называются магическими числами. Затем было экспериментально подтверждено, что магические числа связаны со строением оболочки коллективизированных электронов. В последние 5–7 лет наука исследования микрокластеров быстро развивалась, стимулированная эпохальными открытиями в области микрокластеров металлов и вдохновленная экспериментальными техниками, создающими относительно плотные, не взаимодействующие микрокластеры разных размеров в форме микрокластерных лучей. Также, прогресс произошел за счет усовершенствования компьютеров и вычислительных техник.
Область микрокластеров привлекает внимание многих физиков и химиков (и даже биологов), занимающихся чистыми (научными) и прикладными исследованиями, поскольку она интересна не только с чисто научной точки зрения, но и с точки зрения применения в электронике, катализе, ионной технологии, химии углеводородов, фотографии и так далее. На данной стадии развития остро ощущается необходимость вводного учебника для начинающих, поясняющего фундаментальные физические концепции, важные для изучения микрокластеров. Учебник Физикамикрокластеров удовлетворяет этим требованиям. Он базируется на ряде лекций, прочитанных аспирантам (в основном физикам) Токийского Университета, Университета Киото, Токийского Университета Метрополитен, Токийского Технологического Института и Университета Киучи в период 1987–1990 годов”.
Следующая цитата заимствована из первой части учебника Сугано и Коидзуми, где приводятся конкретные детали, касающиеся аномальных свойств микрокластеров. Хотя в терминах количества атомов микрокластеры лишь чуть-чуть меньше, чем тонкодисперсные включения, они намного более устойчивы. Здесь бо льшая устойчивость означает, что микрокластеры горят при намного более высокой температуре, чем молекулы тонкодисперсных включений тех же элементов. Согласно Дэвиду Хадсону (которого мы будем обсуждать позже), русские ученые первыми обнаружили следующее: чтобы раскрыть цветовой спектр для последующего анализа, микрокластеры должны гореть больше, чем 200 секунд, в то время как все другие известные молекулярные соединения должны гореть максимум около 70 секунд:
“Когда мы переходим к кусочку, называемому микрокластером с радиусом порядка 19 ангстрем, полученному посредством деления тонкодисперсных включений, мы видим, что следует использовать физику, отличную от физики тонкодисперсных включений. Существенное различие основано на теоретическом постулате, частично подкрепленном экспериментами, что микрокластеры данной формы и размера в принципе могут быть получены, а их свойства могут быть измерены, хотя такой вид измерения невозможен для тонкодисперсных включений. Этот постулат может подтверждаться рассмотрением факта, что кластеры данной правильной формы очень устойчивы по сравнению с кластерами других форм, количество которых довольно невелико. В противовес этому факту, тонкодисперсные включения разных форм и фиксированного размера, формирующие большие совокупности, чтобы позволить статистическую обработку, почти вырождаются энергетически. Поэтому извлечение тонкодисперсных включений данной формы не возможно.
Получено явственное свидетельство, что микрокластеры щелочи [1.8] и благородных [1.9] металлических элементов в форме кластерного луча обладают почти сферической формой и размером так называемых магических чисел. Магическое число означает особую размерность N (то есть, число атомов в кластере), при которой в спектральном анализе обнаруживается распространение аномалий. Это указывает на то, что микрокластеры таких размеров относительно устойчивы по сравнению с микрокластерами иных размеров”.
В последующих цитатах “почти сферические” формы, описанные выше, будут рассматриваться как Платоновы Твердые Тела и относящиеся к ним геометрии. Возможно, для большинства читателей следующая выдержка окажется слишком технической, поэтому ее можно пропустить; но это явное описание того, как получаются и анализируются “кластерные лучи”, и какие возникают “магические числа” атомов. Более того, следует заметить, что формирующиеся кластеры становятся электрически нейтральными — еще один аномальный и неожиданный результат:
“В качестве примера, на рис. 1.5 мы показываем спектральный анализ кластерного луча натрия. Луч создается адиабатным расширением нагретой смеси паров натрия и серебра, пропущенной через сопло. Кластеры натрия в луче фотоионизированы, спектр анализировался посредством квадрупольного спектрального анализа, и обнаруживался с помощью системы обнаружения ионов. Детальные проверки эксперимента подтвердили, что наблюдаемый спектр отражает то, что (электрически) нейтральные кластеры изначально создаются расширением струи. Аномалии распространения размера N — 8, 20, 40, 58 и 93 (рис. 1.5) — рассматриваются как магические числа нейтральных кластеров натрия”.
А теперь обратите особое внимание на следующее предложение, ибо его значимость легко можно упустить:
“Далее мы будем демонстрировать, что магические числа связаны со строением оболочки коллективизированных электронов, независимо движущихся в сферически симметричном эффективном потенциале…”
Это говорит о том, что в микрокластерах гипотетические “электроны” больше не привязаны к своим индивидуальным атомам, а движутся независимо в самом кластере! Помните, что в новой модели электронов не существует, есть только облака эфирной энергии, движущиеся к ядру посредством эффекта Бифилда-Брауна. В этом случае, микрокластер действует как один единичный атом, где центр кластера становится сродни позитивно заряженному атомному ядру, в которое втекает отрицательно заряженная энергия. Интересно: благодаря жидкообразному поведению эфира, следующий параграф позволяет предполагать, что микрокластеры могут обладать свойствами, как жидкости, так и твердого тела: