Ονομάζεται «κάθετος παραμαγνητικός δεσμός» και υπάρχει μόνο σε νεκρά άστρα
Οι κανόνες της Χημείας φαίνται ότι αλλάζουν στους λευκούς νάνους, υπέρπυκνα κατάλοιπα νεκρών άστρων
Ουάσινγτκτον
Πέρα από τα δύο είδη χημικών δεσμών που γνωρίζουμε σήμερα, ένα εντελώς διαφορετικό είδος δεσμού πρέπει να υπάρχει στα άστρα νετρονίων και τους λευκούς νάνους, δείχνουν τα υπολογιστικά μοντέλα ερευνητών στη Νορβηγία.
O λόγος για τον εξωτικό «κάθετο παραμαγνητικό δεσμό».
Οι γνωστοί δεσμοί
Οι χημικοί γνωρίζουν σήμερα δύο είδη δεσμών: τους ιοντικούς δεσμούς, στους οποίους ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από ένα άτομο σε ένα άλλο, αναγκάζοντας τα άτομα να ενωθούν με ηλεκτροστατικές δυνάμεις· και τους ομοιοπολικούς δεσμούς, στους οποίους δύο ή περισσότερα άτομα μοιράζονται τα ίδια ηλεκτρόνια. Και στις δύο περιπτώσεις, ο δεσμός διαλύεται όταν η ενέργεια των ηλεκτρονίων ξεπεράσει ένα κρίσιμο όριο.
Ο νέος δεσμός
Αυτό όμως φαίνεται πως δεν ισχύει στον παράξενο υποθετικό δεσμό που περιγράφει τώρα ο Τρίβγκε Χελγκάκερ στο περιοδικό Science. H ομάδα του Χελγκάκερ στο Πανεπιστήμιο του Όσλο εξέτασε στον υπολογιστή τι συμβαίνει όταν άτομα υδρογόνου σχηματίζουν δεσμούς κάτω από την επίδραση ακραίων μαγνητικών πεδίων, της τάξης των 100.000 Tesla -δέκα δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερα από το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Τα μόρια υδρογόνου (H2) μπορούν να παρομοιαστούν με δύο σφαίρες που ενώνονται μέσω μιας ράβδου, σε ένα σχήμα που θυμίζει βαράκι γυμναστικής. Όταν εκτεθούν σε σχετικά ασθενή μαγνητικά πεδία, το «βαράκι» προσανατολίζεται έτσι ώστε να είναι παράλληλο με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου.
Η «πανίσχυρη» περιστροφή
Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι, σε αντίθεση με ό,τι θα φανταζόταν κανείς, το μόριο δεν διασπάται όταν η ενέργεια των ηλεκτρονίων του αυξηθεί από το μαγνητικό πεδίο πέρα από το θεωρητικό όριο. Αντίθετα, το μόριο περιστρέφεται έτσι ώστε ο άξονάς του να είναι κάθετος με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, και ο δεσμός που περιέχει γίνεται ακόμα ισχυρότερος.
Αυτό φαινομενικά παραβιάζει τη λεγόμενη απαγορευτική αρχή του Πάουλι. Σύμφωνα με την αρχή αυτή, τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου ή μορίου δεν μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση, γι΄αυτό και τα ηλεκτρόνια ενός δεσμού αναγκαστικά σχηματίζουν ζεύγη με αντίθετες ιδιοστροφορμές (spin).
Όταν όμως ο δεσμός εκτεθεί σε ακραία μαγνητικά πεδία, οι ιδιοστροφορμές όλων των ηλεκτρονίων ευθυγραμμίζονται με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, αναγκάζοντας το ένα από τα δύο ηλεκτρόνια του ζεύγους να μεταπηδήσει σε διαφορετική θέση, ή διαφορετικό τροχιακό, προκειμένου να μην παραβιαστεί η αρχή του Πάουλι.
Η μεταπήδηση αυτή προκαλεί κανονικά τη διάσπαση του δεσμού, εκτός εάν το μόριο εκτεθεί σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο. «Η χημεία και η μοριακή φυσική αλλάζουν δραματικά παρουσία ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου» σχολιάζουν οι ερευνητές, οι οποίοι βάφτισαν το νέο δεσμό.
Που βρίσκεται
Τέτοιοι παραμαγνητικοί δεσμοί, εικάζουν οι ερευνητές, μπορεί να υπάρχουν στα άστρα νετρονίων και τους λευκούς νάνους, κατάλοιπα νεκρών άστρων που έχουν καταρρεύσει υπό το βάρος τους και σχηματίζουν υπέρπυκνα σώματα με ισχυρά μαγνητικά πεδία.
Στην πράξη, πάντως, η ύπαρξη αυτών των δεσμών θα ήταν δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να επιβεβαιωθεί πειραματικά: τα μαγνητικά πεδία που θα απαιτούνταν είναι 10.000 φορές ισχυρότερα από τα πεδία που μπορούμε σήμερα να δημιουργήσουμε στη Γη.
Η μόνη ελπίδα για την επιβεβαίωση των θεωρητικών υπολογισμών θα ήταν να επηρεάζουν οι δεσμοί την ακτινοβολία των άστρων νετρονίων και των λευκών νάνων, οπότε η ύπαρξή τους θα γινόταν αντιληπτή στη φασματική υπογραφή αυτών των σωμάτων.
O λόγος για τον εξωτικό «κάθετο παραμαγνητικό δεσμό».
Οι γνωστοί δεσμοί
Οι χημικοί γνωρίζουν σήμερα δύο είδη δεσμών: τους ιοντικούς δεσμούς, στους οποίους ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από ένα άτομο σε ένα άλλο, αναγκάζοντας τα άτομα να ενωθούν με ηλεκτροστατικές δυνάμεις· και τους ομοιοπολικούς δεσμούς, στους οποίους δύο ή περισσότερα άτομα μοιράζονται τα ίδια ηλεκτρόνια. Και στις δύο περιπτώσεις, ο δεσμός διαλύεται όταν η ενέργεια των ηλεκτρονίων ξεπεράσει ένα κρίσιμο όριο.
Ο νέος δεσμός
Αυτό όμως φαίνεται πως δεν ισχύει στον παράξενο υποθετικό δεσμό που περιγράφει τώρα ο Τρίβγκε Χελγκάκερ στο περιοδικό Science. H ομάδα του Χελγκάκερ στο Πανεπιστήμιο του Όσλο εξέτασε στον υπολογιστή τι συμβαίνει όταν άτομα υδρογόνου σχηματίζουν δεσμούς κάτω από την επίδραση ακραίων μαγνητικών πεδίων, της τάξης των 100.000 Tesla -δέκα δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερα από το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Τα μόρια υδρογόνου (H2) μπορούν να παρομοιαστούν με δύο σφαίρες που ενώνονται μέσω μιας ράβδου, σε ένα σχήμα που θυμίζει βαράκι γυμναστικής. Όταν εκτεθούν σε σχετικά ασθενή μαγνητικά πεδία, το «βαράκι» προσανατολίζεται έτσι ώστε να είναι παράλληλο με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου.
Η «πανίσχυρη» περιστροφή
Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι, σε αντίθεση με ό,τι θα φανταζόταν κανείς, το μόριο δεν διασπάται όταν η ενέργεια των ηλεκτρονίων του αυξηθεί από το μαγνητικό πεδίο πέρα από το θεωρητικό όριο. Αντίθετα, το μόριο περιστρέφεται έτσι ώστε ο άξονάς του να είναι κάθετος με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, και ο δεσμός που περιέχει γίνεται ακόμα ισχυρότερος.
Αυτό φαινομενικά παραβιάζει τη λεγόμενη απαγορευτική αρχή του Πάουλι. Σύμφωνα με την αρχή αυτή, τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου ή μορίου δεν μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση, γι΄αυτό και τα ηλεκτρόνια ενός δεσμού αναγκαστικά σχηματίζουν ζεύγη με αντίθετες ιδιοστροφορμές (spin).
Όταν όμως ο δεσμός εκτεθεί σε ακραία μαγνητικά πεδία, οι ιδιοστροφορμές όλων των ηλεκτρονίων ευθυγραμμίζονται με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, αναγκάζοντας το ένα από τα δύο ηλεκτρόνια του ζεύγους να μεταπηδήσει σε διαφορετική θέση, ή διαφορετικό τροχιακό, προκειμένου να μην παραβιαστεί η αρχή του Πάουλι.
Η μεταπήδηση αυτή προκαλεί κανονικά τη διάσπαση του δεσμού, εκτός εάν το μόριο εκτεθεί σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο. «Η χημεία και η μοριακή φυσική αλλάζουν δραματικά παρουσία ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου» σχολιάζουν οι ερευνητές, οι οποίοι βάφτισαν το νέο δεσμό.
Που βρίσκεται
Τέτοιοι παραμαγνητικοί δεσμοί, εικάζουν οι ερευνητές, μπορεί να υπάρχουν στα άστρα νετρονίων και τους λευκούς νάνους, κατάλοιπα νεκρών άστρων που έχουν καταρρεύσει υπό το βάρος τους και σχηματίζουν υπέρπυκνα σώματα με ισχυρά μαγνητικά πεδία.
Στην πράξη, πάντως, η ύπαρξη αυτών των δεσμών θα ήταν δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να επιβεβαιωθεί πειραματικά: τα μαγνητικά πεδία που θα απαιτούνταν είναι 10.000 φορές ισχυρότερα από τα πεδία που μπορούμε σήμερα να δημιουργήσουμε στη Γη.
Η μόνη ελπίδα για την επιβεβαίωση των θεωρητικών υπολογισμών θα ήταν να επηρεάζουν οι δεσμοί την ακτινοβολία των άστρων νετρονίων και των λευκών νάνων, οπότε η ύπαρξή τους θα γινόταν αντιληπτή στη φασματική υπογραφή αυτών των σωμάτων.