Kui see on külmas ruumis vaba, jahtub molekul spontaanselt, aeglustades selle pöörlemist ja kaotades pöörlemisenergiat kvantüleminekutes. Füüsikud on näidanud, et seda pöörlevat jahutusprotsessi saab kiirendada, aeglustada või isegi ümber pöörata molekulide kokkupõrkes ümbritsevate osakestega. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Saksamaa Max-Plancki tuumafüüsika instituudi ja Columbia astrofüüsika laboratooriumi teadlased viisid hiljuti läbi katse, mille eesmärk oli mõõta molekulide ja elektronide kokkupõrgetest põhjustatud kvantsiirdekiirusi. Nende tulemused, mis avaldati Physical Review Lettersis, on esimesed eksperimentaalsed tõendid. sellest suhtarvust, mida on varem ainult teoreetiliselt hinnatud.
"Kui nõrgalt ioniseeritud gaasis on elektronid ja molekulaarsed ioonid, võib molekulide madalaima kvanttasemega populatsioon kokkupõrgete ajal muutuda," ütles üks uuringu läbiviijatest Ábel Kálosi Phys.org-ile. protsess toimub tähtedevahelistes pilvedes, kus vaatlused näitavad, et molekulid on valdavalt oma madalaimas kvantolekus.Negatiivselt laetud elektronide ja positiivselt laetud molekulioonide vaheline tõmbejõud muudab elektronide kokkupõrkeprotsessi eriti tõhusaks.
Füüsikud on aastaid püüdnud teoreetiliselt kindlaks teha, kui tugevalt vabad elektronid kokkupõrke ajal molekulidega interakteeruvad ja lõpuks nende pöörlemisolekut muudavad. Seni pole aga nende teoreetilisi ennustusi katsetingimustes kontrollitud.
"Siiani ei ole tehtud mõõtmisi, et määrata kindlaks pöörlemisenergia taseme muutuste kehtivus antud elektroni tiheduse ja temperatuuri korral, " selgitab Kálosi.
Selle mõõtmise kogumiseks viisid Kálosi ja tema kolleegid isoleeritud laetud molekulid tihedasse kontakti elektronidega temperatuuril umbes 25 kelvinit. See võimaldas neil katsetada varasemates töödes esitatud teoreetilisi eeldusi ja ennustusi.
Oma katsetes kasutasid teadlased Saksamaal Heidelbergis Max-Plancki tuumafüüsika instituudis asuvat krüogeenset salvestusrõngast, mis on loodud liigiselektiivsete molekulaarsete ioonikiirte jaoks. Selles ringis liiguvad molekulid hipodroomilaadsetel orbiitidel krüogeenses mahus, mis on suures osas muudest taustgaasidest tühjendatud.
„Krüogeenses rõngas saab salvestatud ioone radiatsiooniga jahutada rõnga seinte temperatuurini, saades ioone, mis täidetakse madalaima kvanttasemega,“ selgitab Kálosi.“ Mitmes riigis on hiljuti ehitatud krüogeenseid säilitusrõngaid, kuid meie rajatis on ainus, mis on varustatud spetsiaalselt loodud elektronkiirega, mida saab suunata kontakti molekulaarsete ioonidega.Ioone hoitakse selles rõngas mitu minutit, molekuliioonide pöörlemisenergia uurimiseks kasutatakse laserit.
Valides oma sondlaserile konkreetse optilise lainepikkuse, võib meeskond hävitada väikese osa salvestatud ioonidest, kui nende pöörlemisenergia tase vastab sellele lainepikkusele. Seejärel tuvastasid nad nn spektraalsignaalide saamiseks katkenud molekulide fragmente.
Meeskond kogus oma mõõtmised elektronide kokkupõrgete olemasolul ja puudumisel. See võimaldas neil tuvastada muutusi horisontaalses populatsioonis katses määratud madala temperatuuri tingimustes.
"Pöörlemisolekut muutvate kokkupõrgete protsessi mõõtmiseks on vaja tagada, et molekulaarses ioonis oleks ainult madalaim pöörlemisenergia tase," ütles Kálosi. Seetõttu tuleb laborikatsetes hoida molekulaarseid ioone äärmiselt külmas. krüogeenset jahutamist toatemperatuurini, mis on sageli 300 kelvini lähedal.Selles mahus saab molekule eraldada üldlevinud molekulidest, meie keskkonna infrapuna-soojuskiirgusest.
Kálosi ja tema kolleegid suutsid oma katsetes saavutada katsetingimused, kus elektronide kokkupõrked domineerivad kiirgusüleminekutes. Kasutades piisavalt elektrone, võisid nad koguda kvantitatiivseid mõõtmisi elektronide kokkupõrgetest CH+ molekulioonidega.
"Leidsime, et elektronide indutseeritud pöörlemiskiirus vastab varasematele teoreetilistele ennustustele, " ütles Kálosi. "Meie mõõtmised annavad olemasolevate teoreetiliste ennustuste esimese eksperimentaalse testi.Eeldame, et tulevased arvutused keskenduvad rohkem elektronide kokkupõrgete võimalikele mõjudele külmade isoleeritud kvantsüsteemide madalaima energiatasemega populatsioonidele.
Lisaks teoreetiliste ennustuste esmakordsele kinnitamisele eksperimentaalses keskkonnas võib selle teadlaste rühma hiljutine töö avaldada olulist mõju uurimistööle. Näiteks näitavad nende leiud, et kvantenergia taseme elektronide poolt indutseeritud muutuste kiiruse mõõtmine võib olla oluline. ülioluline, kui analüüsitakse raadioteleskoopide abil tuvastatud kosmoses leiduvate molekulide nõrku signaale või õhukeste ja külmade plasmade keemilist reaktsioonivõimet.
Tulevikus võib käesolev artikkel sillutada teed uutele teoreetilistele uuringutele, mis käsitlevad põhjalikumalt elektronide kokkupõrgete mõju külmade molekulide pöörleva kvantenergia taseme hõivamisele. See võib aidata välja selgitada, kus elektronide kokkupõrgetel on kõige tugevam mõju. kohapeal on võimalik teha üksikasjalikumaid katseid.
"Kavatseme krüogeenses salvestusrõngas kasutusele võtta mitmekülgsema lasertehnoloogia, et uurida kahe- ja mitmeaatomilisemate molekuliliikide pöörlemisenergia taset," lisab Kálosi. .Seda tüüpi laboratoorseid mõõtmisi täiendatakse jätkuvalt, eriti vaatlusastronoomias, kasutades võimsaid vaatluskeskusi, nagu Atacama suur millimeetri/submillimeetri massiiv Tšiilis.”
Kasutage seda vormi, kui märkate õigekirjavigu, ebatäpsusi või soovite saata selle lehe sisu muutmistaotluse. Üldiste päringute saamiseks kasutage meie kontaktivormi. Üldise tagasiside saamiseks kasutage allolevat avalike kommentaaride jaotist (palun järgige juhised).
Teie tagasiside on meile oluline. Sõnumite hulga tõttu ei garanteeri me aga individuaalseid vastuseid.
Teie e-posti aadressi kasutatakse ainult selleks, et anda adressaatidele teada, kes meili saatis. Teie aadressi ega saaja aadressi ei kasutata ühelgi muul eesmärgil. Sisestatud teave kuvatakse teie meilis ja Phys.org ei säilita seda vormi.
Iganädalased ja/või igapäevased värskendused saadetakse teie postkasti. Saate tellimusest igal ajal loobuda ja me ei jaga kunagi teie andmeid kolmandate osapooltega.
See veebisait kasutab küpsiseid, et aidata navigeerida, analüüsida meie teenuste kasutamist, koguda andmeid reklaamide isikupärastamiseks ja edastada sisu kolmandatelt osapooltelt. Meie veebisaiti kasutades kinnitate, et olete meie privaatsuspoliitika ja kasutustingimused läbi lugenud ja neist aru saanud.
Postitusaeg: 28. juuni 2022