Când este liberă în spațiul rece, molecula se va răci spontan, încetinind rotația sa și pierzând energia de rotație în tranzițiile cuantice. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Cercetătorii de la Institutul Max-Planck pentru Fizică Nucleară din Germania și de la Laboratorul de Astrofizică Columbia au efectuat recent un experiment menit să măsoare ratele de tranziție cuantică cauzate de coliziunile dintre molecule și electroni. Descoperirile lor, publicate în Physical Review Letters, oferă primele dovezi experimentale. a acestui raport, care anterior a fost estimat doar teoretic.
„Atunci când electronii și ionii moleculari sunt prezenți într-un gaz slab ionizat, cea mai scăzută populație de molecule la nivel cuantic se poate schimba în timpul coliziunilor”, a spus Ábel Kálosi, unul dintre cercetătorii care au efectuat studiul, pentru Phys.org.” Un exemplu în acest sens procesul are loc în norii interstelari, unde observațiile arată că moleculele sunt predominant în cele mai joase stări cuantice.Atracția dintre electronii încărcați negativ și ionii moleculari încărcați pozitiv face ca procesul de coliziune a electronilor să fie deosebit de eficient.”
De ani de zile, fizicienii au încercat să determine teoretic cât de puternic interacționează electronii liberi cu moleculele în timpul coliziunilor și, în cele din urmă, își schimbă starea de rotație. Cu toate acestea, până acum, predicțiile lor teoretice nu au fost testate într-un cadru experimental.
„Până acum, nu s-au făcut măsurători pentru a determina validitatea modificării nivelurilor de energie de rotație pentru o anumită densitate și temperatură de electroni”, explică Kálosi.
Pentru a aduna această măsurătoare, Kálosi și colegii săi au adus molecule încărcate izolate în contact strâns cu electronii la temperaturi de aproximativ 25 Kelvin. Acest lucru le-a permis să testeze experimental ipotezele și predicțiile teoretice prezentate în lucrările anterioare.
În experimentele lor, cercetătorii au folosit un inel de stocare criogenic de la Institutul Max-Planck pentru Fizică Nucleară din Heidelberg, Germania, proiectat pentru fascicule de ioni moleculari selectivi pentru specii. În acest inel, moleculele se mișcă pe orbite asemănătoare pistelor de curse într-un volum criogenic care este în mare parte golit de orice alte gaze de fond.
„Într-un inel criogenic, ionii stocați pot fi răciți radiativ la temperatura pereților inelului, producând ioni umpluți la cele mai mici niveluri cuantice”, explică Kálosi.” Inelele de stocare criogenice au fost construite recent în mai multe țări, dar instalația noastră este singurul echipat cu un fascicul de electroni special conceput care poate fi dirijat în contact cu ionii moleculari.Ionii sunt stocați timp de câteva minute în acest inel, un laser este folosit pentru a interoga energia de rotație a ionilor moleculari.”
Alegând o anumită lungime de undă optică pentru laserul său, echipa ar putea distruge o mică parte din ionii stocați dacă nivelurile lor de energie de rotație se potriveau cu acea lungime de undă. Apoi au detectat fragmente din moleculele perturbate pentru a obține așa-numitele semnale spectrale.
Echipa și-a colectat măsurătorile în prezența și absența ciocnirilor de electroni. Acest lucru le-a permis să detecteze modificări ale populației orizontale în condițiile de temperatură scăzută stabilite în experiment.
„Pentru a măsura procesul de coliziuni de schimbare a stării de rotație, este necesar să ne asigurăm că există doar cel mai scăzut nivel de energie de rotație în ionul molecular”, a spus Kálosi.” Prin urmare, în experimentele de laborator, ionii moleculari trebuie ținuți la extrem de rece. volume, folosind răcirea criogenică la temperaturi mult sub temperatura camerei, care este adesea aproape de 300 Kelvin.În acest volum, moleculele pot fi izolate din moleculele omniprezente, radiația termică infraroșie a mediului nostru.”
În experimentele lor, Kálosi și colegii săi au reușit să realizeze condiții experimentale în care ciocnirile electronilor domină tranzițiile radiative. Folosind suficienți electroni, ei au putut colecta măsurători cantitative ale ciocnirilor de electroni cu ionii moleculari CH+.
„Am descoperit că rata de tranziție de rotație indusă de electroni se potrivește cu predicțiile teoretice anterioare”, a spus Kálosi.” Măsurătorile noastre oferă primul test experimental al predicțiilor teoretice existente.Anticipăm că calculele viitoare se vor concentra mai mult pe posibilele efecte ale ciocnirilor de electroni asupra populațiilor cu cel mai scăzut nivel de energie din sisteme cuantice reci și izolate.”
Pe lângă confirmarea pentru prima dată a predicțiilor teoretice într-un cadru experimental, munca recentă a acestui grup de cercetători poate avea implicații importante în cercetare. De exemplu, descoperirile lor sugerează că măsurarea ratei de schimbare indusă de electroni a nivelurilor de energie cuantică ar putea fi crucial atunci când se analizează semnalele slabe ale moleculelor din spațiu detectate de radiotelescoape sau reactivitatea chimică în plasme subțiri și reci.
În viitor, această lucrare ar putea deschide calea pentru noi studii teoretice care să ia în considerare mai îndeaproape efectul coliziunilor de electroni asupra ocupării nivelurilor de energie cuantică de rotație în moleculele reci. este posibilă efectuarea unor experimente mai detaliate în domeniu.
„În inelul de stocare criogenic, intenționăm să introducem o tehnologie laser mai versatilă pentru a sonda nivelurile de energie de rotație ale mai multor specii moleculare diatomice și poliatomice”, adaugă Kálosi. „Acest lucru va deschide calea pentru studiile de coliziuni de electroni folosind un număr mare de ioni moleculari suplimentari. .Măsurătorile de laborator de acest tip vor continua să fie completate, în special în astronomia observațională, folosind observatoare puternice, cum ar fi Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array din Chile.”
Vă rugăm să utilizați acest formular dacă întâmpinați greșeli de ortografie, inexactități sau doriți să trimiteți o cerere de modificare a conținutului acestei pagini. Pentru întrebări generale, vă rugăm să utilizați formularul nostru de contact. Pentru feedback general, vă rugăm să utilizați secțiunea de comentarii publice de mai jos (vă rugăm să urmați liniile directoare).
Feedbackul dumneavoastră este important pentru noi. Cu toate acestea, din cauza volumului de mesaje, nu garantăm răspunsuri individuale.
Adresa dvs. de e-mail este folosită numai pentru a informa destinatarii cine a trimis e-mailul. Nici adresa dvs., nici adresa destinatarului nu vor fi folosite în niciun alt scop. Informațiile pe care le introduceți vor apărea în e-mailul dvs. și nu vor fi reținute de Phys.org în niciun caz. formă.
Primiți actualizări săptămânale și/sau zilnice livrate în căsuța dvs. de e-mail. Vă puteți dezabona în orice moment și nu vom împărtăși niciodată detaliile dvs. terților.
Acest site web folosește cookie-uri pentru a ajuta la navigare, pentru a analiza utilizarea serviciilor noastre, pentru a colecta date pentru personalizarea reclamelor și pentru a difuza conținut de la terți. Prin utilizarea site-ului nostru web, confirmați că ați citit și înțeles Politica noastră de confidențialitate și Termenii de utilizare.
Ora postării: 28-jun-2022