معمای رنگ طلایی فلز طلا حل شد!

برای مدت‌های طولانی معمایی در مورد رنگ طلا وجود داشت. این معما از اینجا ناشی میشد که معادلات و محاسبات فیزیکی رنگی بجز رنگ طلایی را برای این فلز پیش‌بینی می‌کردند، ولی در عمل، طلا به رنگ درخشانی نزدیک به زرد دیده میشد. این رنگ، ناشی از برهم‌کنش غیرعادی الکترون‌ها در اتم‌های طلاست. این برهم‌کنش‌ها باعث پیچیده شدن محاسبات نظریِ ویژگی‌های الکترونیکی طلا می‌شوند.

در واقع، نظریه‌پردازانی که روی این فلز باارزش به تحقیق می‌پردازند، دهه‌ها برای حل ناسازگاری میان پیش‌بینی‌ها و مشاهدات آزمایشی تلاش کرده‌اند. تحقیقات جدید با بررسی دقیق‌تر نقش روابط الکترون‌ها، موفق شده تابرهم‌کنش بین یک تا پنج الکترون را بررسی و این مسئله را حل کند.

محاسبه ویژگی‌های الکترونیکی یک اتم، به هیچ وجه کار آسانی نیست، به ویژه اتم‌های سنگینی که پتانسیل کولن آنها، حکایت از انرژی‌های نسبی برای الکترون‌ها دارد. این اثرات نسبی بین الکترونی در اتم طلا منجر به پدید آمدن فاصله‌ای کوچکتر از حد مورد انتظار میان اوربیتال‌های اتم شده است؛ به همین دلیل است که طلا فرکانس‌های آبی را جذب کرده و رنگی شبیه زرد را بازتاب می‌کند. اما توضیح سایر جنبه‌های طلا پیچیدگی‌هایی را به همراه دارد.

پیتر شوئرتفگر از دانشگاه اوکلند در نیوزیلند به همراه همکارانش، محاسبات دقیقی در خصوص طلا انجام داده‌اند. اثرات نسبی، روابط الکترونی و الکترودینامیک کوانتومی در مدل آنها جای داده شده است. روابط الکترونی نمایان‌گر کلیه‌ی برهم‌کنش‌های الکترون-الکترون است، که در یک اتم چندالکترونی به وقوع می‌پیوندند. مطالعات گذشته، به بررسی روابط الکترونی میان ۷۹ الکترون در طلا پرداخته‌اند، اما نتوانسته‌اند پا فراتر از برهم‌کنش‌های سه‌گانه، میان سه الکترون بگذارند.

تیم شوئرتفگر این محاسبات را به برهم‌کنش‌های چهارگانه و پنج‌گانه بسط داده است.همچنین این روش قابلیت کاربرد در اتم های سنگین‌تر را هم نیز دارد. این مقاله در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.