Kada je slobodan u hladnom prostoru, molekul će se spontano ohladiti usporavajući svoju rotaciju i gubeći energiju rotacije u kvantnim prijelazima. Fizičari su pokazali da se ovaj proces rotacijskog hlađenja može ubrzati, usporiti ili čak izokrenuti sudarima molekula s okolnim česticama .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Istraživači s Max-Planck Instituta za nuklearnu fiziku u Njemačkoj i Columbia Astrophysical Laboratory nedavno su izveli eksperiment s ciljem mjerenja kvantnih tranzicijskih stopa uzrokovanih sudarima između molekula i elektrona. Njihovi nalazi, objavljeni u Physical Review Letters, pružaju prvi eksperimentalni dokaz ovog omjera, koji je ranije bio samo teoretski procijenjen.
„Kada su elektroni i molekularni joni prisutni u slabo jonizovanom gasu, najniža populacija molekula na kvantnom nivou može da se promeni tokom sudara“, rekao je za Phys.org Ábel Kálosi, jedan od istraživača koji je sproveo studiju.“ Primer ovoga proces se odvija u međuzvjezdanim oblacima, gdje opservacije pokazuju da su molekuli pretežno u najnižim kvantnim stanjima. Privlačenje između negativno nabijenih elektrona i pozitivno nabijenih molekularnih iona čini proces sudara elektrona posebno učinkovitim.”
Godinama su fizičari pokušavali teoretski utvrditi koliko snažno slobodni elektroni stupaju u interakciju s molekulima tokom sudara i na kraju mijenjaju njihovo rotacijsko stanje. Međutim, do sada njihova teorijska predviđanja nisu testirana u eksperimentalnom okruženju.
„Do sada nisu vršena nikakva merenja da bi se utvrdila validnost promene nivoa rotacione energije za datu gustinu i temperaturu elektrona“, objašnjava Kalosi.
Da bi prikupili ovo mjerenje, Kálosi i njegove kolege doveli su izolirane nabijene molekule u bliski kontakt sa elektronima na temperaturama oko 25 Kelvina. To im je omogućilo da eksperimentalno testiraju teorijske pretpostavke i predviđanja iznesena u prethodnim radovima.
U svojim eksperimentima, istraživači su koristili kriogeni prsten za skladištenje na Max-Planck institutu za nuklearnu fiziku u Heidelbergu, Njemačka, dizajniran za vrste selektivne molekularne jonske zrake. U ovom prstenu, molekuli se kreću u orbitama poput trkačke staze u kriogenom volumenu koji se uglavnom prazni od svih drugih pozadinskih gasova.
„U kriogenom prstenu, uskladišteni joni mogu se radijativno ohladiti na temperaturu zidova prstena, dajući ione ispunjene na nekoliko najnižih kvantnih nivoa“, objašnjava Kálosi. jedini opremljen posebno dizajniranim elektronskim snopom koji se može usmjeriti u kontakt s molekularnim ionima. Joni se pohranjuju nekoliko minuta u ovom prstenu, laser se koristi za ispitivanje rotacijske energije molekularnih jona.”
Odabirom specifične optičke talasne dužine za svoj laser sonde, tim bi mogao da uništi mali deo uskladištenih jona ako se njihovi nivoi rotacione energije podudaraju sa tom talasnom dužinom. Zatim su detektovali fragmente poremećenih molekula kako bi dobili takozvane spektralne signale.
Tim je prikupio svoja mjerenja u prisustvu i odsustvu sudara elektrona. To im je omogućilo da otkriju promjene u horizontalnoj populaciji pod niskim temperaturnim uvjetima postavljenim u eksperimentu.
"Da bismo izmjerili proces sudara koji mijenjaju stanje rotacije, potrebno je osigurati da postoji samo najniži nivo rotacijske energije u molekularnom jonu", rekao je Kálosi. "Stoga, u laboratorijskim eksperimentima, molekularni ioni moraju biti čuvani na izuzetno hladnom zapremine, koristeći kriogeno hlađenje do temperatura znatno ispod sobne temperature, koja je često blizu 300 Kelvina. U ovoj zapremini, molekuli se mogu izolovati od sveprisutnih molekula, infracrvenog toplotnog zračenja našeg okruženja.”
U svojim eksperimentima, Kálosi i njegove kolege su uspjeli postići eksperimentalne uvjete u kojima su sudari elektrona dominiraju radijacijskim prijelazima. Koristeći dovoljno elektrona, mogli su prikupiti kvantitativna mjerenja sudara elektrona sa CH+ molekularnim jonima.
“Otkrili smo da se brzina rotacije izazvana elektronima podudara s prethodnim teorijskim predviđanjima,” rekao je Kálosi.” Naša mjerenja pružaju prvi eksperimentalni test postojećih teorijskih predviđanja. Očekujemo da će se budući proračuni više fokusirati na moguće efekte sudara elektrona na populacije najnižeg energetskog nivoa u hladnim, izolovanim kvantnim sistemima.”
Pored potvrđivanja teorijskih predviđanja u eksperimentalnom okruženju po prvi put, nedavni rad ove grupe istraživača mogao bi imati važne istraživačke implikacije. Na primjer, njihovi nalazi sugeriraju da bi mjerenje brzine promjene kvantnih nivoa energije izazvane elektronima moglo biti presudno kada se analiziraju slabi signali molekula u svemiru detektovani radio-teleskopima ili hemijska reaktivnost u tankoj i hladnoj plazmi.
U budućnosti bi ovaj rad mogao utrti put novim teorijskim istraživanjima koja bliže razmatraju učinak sudara elektrona na zauzimanje rotacijskih kvantnih energetskih nivoa u hladnim molekulima. Ovo bi moglo pomoći da se otkrije gdje sudari elektrona imaju najjači učinak, čineći moguće je provesti detaljnije eksperimente na terenu.
“U kriogenom skladišnom prstenu planiramo uvesti svestraniju lasersku tehnologiju za ispitivanje nivoa rotacijske energije više dijatomskih i poliatomskih molekularnih vrsta,” dodaje Kálosi.” Ovo će utrti put za studije sudara elektrona koristeći veliki broj dodatnih molekularnih jona . Laboratorijska mjerenja ovog tipa će se i dalje dopunjavati, posebno u opservatorskoj astronomiji koristeći moćne opservatorije kao što je Atacama Large Millimeter/Submilimeter Array u Čileu. ”
Molimo koristite ovaj obrazac ako naiđete na pravopisne greške, nepreciznosti ili želite poslati zahtjev za uređivanje sadržaja ove stranice. Za općenite upite koristite naš kontakt obrazac. Za opće povratne informacije koristite odjeljak za javne komentare ispod (molimo slijedite smjernice).
Vaše povratne informacije su nam važne. Međutim, zbog obima poruka, ne garantujemo pojedinačne odgovore.
Vaša adresa e-pošte se koristi samo da bi se primaoci obavijestili ko je poslao e-poštu. Ni vaša adresa ni adresa primatelja neće se koristiti u bilo koju drugu svrhu. Informacije koje unesete pojavit će se u vašoj e-pošti i Phys.org ih neće zadržati ni u jednom formu.
Primajte sedmična i/ili dnevna ažuriranja u vaš inbox. Možete se odjaviti u bilo kojem trenutku i nikada nećemo dijeliti vaše podatke s trećim stranama.
Ova web stranica koristi kolačiće za pomoć pri navigaciji, analizu vašeg korištenja naših usluga, prikupljanje podataka za personalizaciju oglašavanja i posluživanje sadržaja trećih strana. Korištenjem naše web stranice potvrđujete da ste pročitali i razumjeli našu Politiku privatnosti i Uslove korištenja.
Vrijeme objave: Jun-28-2022