Kad je slobodna u hladnom prostoru, molekula će se spontano ohladiti usporavanjem njegove rotacije i gubitkom rotacijske energije u kvantnim prijelazima. FHISIČISTI su pokazali da se ovaj postupak rotacijskog hlađenja može ubrzati, usporiti ili čak obrnuti sudarcima molekula s okolnim česticama .Googletag.cmd.push (funkcija () {googleletag.display ('div-gpt-ad-1449240174198-2 ′);});
Istraživači s Instituta za nuklearnu fiziku Max-Planck u Njemačkoj i astrofizičkom laboratoriju Columbia nedavno su proveli eksperiment usmjeren na mjerenje kvantnih stopa prijelaza uzrokovanih sudarima između molekula i elektrona. Njihovi nalazi, objavljeni u Letters Letters, daju prve eksperimentalne dokaze ovog omjera, koji je prethodno teoretski procijenjen samo teoretski.
"Kad su elektroni i molekularni ioni prisutni u slabo ioniziranom plinu, najniža populacija molekula na najnižoj kvantnoj razini može se promijeniti tijekom sudara", rekao je Ábel Kálosi, jedan od istraživača koji je proveo studiju, za Phys.org. " Proces je u međuzvjezdanim oblacima, gdje opažanja pokazuju da su molekule pretežno u svojim najnižim kvantnim stanjima.Atrakcija između negativno nabijenih elektrona i pozitivno nabijenih molekularnih iona čini postupak sudara elektrona posebno učinkovitim. "
Godinama fizičari pokušavaju teoretski utvrditi koliko snažno slobodni elektroni komuniciraju s molekulama tijekom sudara i na kraju mijenjaju svoje rotacijsko stanje. Međutim, do sada, njihova teorijska predviđanja nisu testirana u eksperimentalnom okruženju.
"Do sada nisu napravljena mjerenja koja bi se utvrdila valjanost promjene razine rotacijske energije za određenu gustoću i temperaturu elektrona", objašnjava Kálosi.
Kako bi prikupili ovo mjerenje, Kálosi i njegovi kolege doveli su izolirane nabijene molekule u bliski kontakt s elektronima na temperaturama oko 25 Kelvina. To im je omogućilo eksperimentalno testiranje teorijskih pretpostavki i predviđanja navedenih u prethodnim radovima.
U svojim eksperimentima, istraživači su koristili kriogeni prsten za skladištenje na Institutu Max-Planck za nuklearnu fiziku u Heidelbergu u Njemačkoj, dizajnirani za molekularne ionske grede koje selektiraju vrste. U ovom prstenu, molekule se kreću u orbitama sličnim trkalištima u kriogenom volumenu koja uglavnom se isprazni iz bilo kojeg drugog pozadinske plinove.
"U kriogenom prstenu, pohranjeni ioni mogu se radijativno ohladiti na temperaturu zidova prstena, dajući ione ispunjene na najnižim razinama kvantne", objašnjava Kálosi. "Kriogeni prstenovi za skladištenje nedavno su izgrađeni u nekoliko zemalja, ali naš objekt je Jedini opremljen posebno dizajniranim elektronskim snopom koji se može usmjeriti u kontakt s molekularnim ionima.Ioni se pohranjuju nekoliko minuta u ovom prstenu, a laser se koristi za ispitivanje rotacijske energije molekularnih iona. "
Odabirom određene optičke valne duljine za laser sonde, tim bi mogao uništiti mali dio pohranjenih iona ako se njihova razina rotacijske energije podudara s tom valnom duljinom. Zatim su otkrili fragmente poremećenih molekula kako bi dobili takozvane spektralne signale.
Tim je prikupio svoja mjerenja u prisutnosti i odsutnosti sudara elektrona. To im je omogućilo otkrivanje promjena u vodoravnoj populaciji u uvjetima niske temperature postavljene u eksperimentu.
"Za mjerenje procesa sudara koji mijenjaju rotaciju, potrebno je osigurati da postoji samo najniža razina rotacijske energije u molekularnom ionu", rekao je Kálosi. " Količine, koristeći kriogeno hlađenje za temperaturu znatno ispod sobne temperature, koja je često blizu 300 Kelvina.U ovom volumenu, molekule se mogu izolirati iz sveprisutnih molekula, infracrvenog toplinskog zračenja našeg okoliša. "
U svojim eksperimentima, Kálosi i njegovi kolege uspjeli su postići eksperimentalne uvjete u kojima elektronski sudari dominiraju zračnim prijelazima. Koristeći dovoljno elektrona, mogli bi prikupiti kvantitativna mjerenja sudara elektrona s CH+ molekularnim ionima.
"Otkrili smo da brzina rotacijskog prijelaza izazvana elektronom odgovara prethodnim teorijskim predviđanjima", rekao je Kálosi. "Naša mjerenja pružaju prvi eksperimentalni test postojećih teorijskih predviđanja.Predviđamo da će se budući proračuni više usredotočiti na moguće učinke sudara elektrona na najnižu populaciju na razini energije u hladnim, izoliranim kvantnim sustavima. "
Osim potvrđivanja teorijskih predviđanja u eksperimentalnom okruženju po prvi put, nedavni rad ove skupine istraživača može imati važne istraživačke implikacije. Na primjer, njihova otkrića sugeriraju da bi mjerenje brzine promjene u kvantnoj energiji izazvana elektronom moglo biti Ključno je kada analizirate slabe signale molekula u prostoru koji su otkrili radio teleskopi ili kemijska reaktivnost u tankim i hladnim plazmi.
Ubuduće bi ovaj rad mogao utrti put novim teorijskim studijama koje pomnije razmotre utjecaj sudara elektrona na okupaciju rotacijske kvantne razine energije u hladnim molekulama. To bi moglo pomoći otkriti gdje su sudari elektrona najjači učinak, čineći Moguće je provesti detaljnije eksperimente na terenu.
„U kriogenom prstenu za skladištenje planiramo uvesti svestraniju lasersku tehnologiju kako bismo ispitivali rotacijske energetske razine više diatomskih i poliatomskih molekularnih vrsta“, dodaje Kálosi. “To će proći put za sudar elektrona koristeći veliki broj dodatnih molekularnih iona .Laboratorijska mjerenja ove vrste i dalje će se nadopunjavati, posebno u promatračkoj astronomiji koristeći moćne opservatorije, poput Atacama velikog milimetra/sublimetara u Čileu.”
Koristite ovaj obrazac ako naiđete na pravopisne pogreške, netočnosti ili želite poslati zahtjev za uređivanje za sadržaj ove stranice. Za opće upite, molimo koristite naš obrazac za kontakt. Za opće povratne informacije, koristite odjeljak javnog komentara u nastavku (slijedite slijede Smjernice).
Vaše su nam povratne informacije važne. Međutim, zbog količine poruka ne jamčimo pojedinačne odgovore.
Vaša adresa e -pošte koristi se samo da bi primatelji obavijestili tko je poslao e -poštu. Niti vaša adresa niti adresa primatelja koristit će se u bilo koju drugu svrhu. Informacije koje unesete pojavit će se u vašoj e -pošti i neće ih zadržati Phys.org ni u jednom oblik.
Nabavite tjedno i/ili dnevna ažuriranja isporučuju se u vašu pristiglu poštu. Možete se odjaviti u bilo kojem trenutku i nikada nećemo dijeliti vaše podatke s trećim stranama.
Ova web stranica koristi kolačiće za pomoć u navigaciji, analizu upotrebe naših usluga, prikupljanje podataka za personalizaciju oglašavanja i posluživanje sadržaja od trećih strana.BY koristeći našu web stranicu, potvrđujete da ste pročitali i razumjeli našu politiku privatnosti i Uvjete korištenja.
Vrijeme objave: 28. lipnja 2022