Mặc dù rất nhỏ, các nguyên tử vẫn có không gian trống đủ lớn ở bên trong. Các nhà khoa học từ Áo và Mỹ đã lấp đầy một số khoảng trống đó, tạo ra một trạng thái vật chất mới dưới dạng “nguyên tử khổng lồ” chứa đầy các nguyên tử khác.

Thông thường, có một khoảng trống giữa hạt nhân của một nguyên tử và các electron quay quanh nó. Khoảng cách quỹ đạo đó phụ thuộc vào loại nguyên tử. Với khoảng cách lên tới vài trăm nanomét, nguyên tử Rydberg được gọi là “nguyên tử khổng lồ”. Nó lớn hơn 1.000 lần bán kính của một nguyên tử hydro và các nhà nghiên cứu tự hỏi liệu có thể nhồi các nguyên tử nhỏ vào bên trong các nguyên tử khổng lồ hay không? Để kiểm tra ý tưởng, nhóm nghiên cứu từ các đại học ở Áo và Mỹ bắt đầu với một chất ngưng tụ Bose-Einstein.

Trạng thái kì lạ của vật chất này được hình thành khi các nguyên tử được làm nguội chỉ cao hơn một chút so với độ không tuyệt đối, làm cho chúng chậm lại và bắt đầu tụ lại với nhau. Gần đây, chất Bose-Einstein đã giúp các nhà khoa học tạo ra trạng thái vật chất mới như chất siêu rắn, excitonium và chất lỏng với khối lượng âm.

Trong trường hợp này, điểm xuất phát là một đám mây các nguyên tử stronti. Sau khi làm lạnh chúng thành chất ngưng tụ Bose-Einstein, nhóm nghiên cứu đã sử dụng laser để kích hoạt một trong các nguyên tử, làm tăng một điện tử trong nguyên tử đó vào trạng thái kích thích cao. Điện tử kích thích bắt đầu quay quanh hạt nhân ở một khoảng cách lớn hơn bình thường, tạo ra một nguyên tử Rydberg.

Quỹ đạo của electron này trở nên quá lớn giúp các nguyên tử stronti khác có thể dễ dàng nằm trong nó. Nhóm nghiên cứu đã quan sát được tới 170 nguyên tử trong một nguyên tử Rydberg, nhưng số đó có thể phụ thuộc vào bán kính của nguyên tử Rydberg và mật độ của Bose-Einstein. Các nguyên tử tương tác với nhau nhưng rất yếu. Điện tử của nguyên tử Rydberg phân tán rất nhỏ bởi các nguyên tử trung hòa trên quỹ đạo của nó, nhưng vì electron quá chậm nên nó không chuyển thành trạng thái khác.

Phát hiện về nguyên tử khổng lồ trên giúp các nhà khoa học có thể tìm ra các trạng thái vật chất khác nhau, có ý nghĩa đối với ngành kỹ thuật như điện tử, bán dẫn.

TXL