Kad tā ir brīva aukstā telpā, molekula spontāni atdziest, palēninot tās rotāciju un zaudējot rotācijas enerģiju kvantu pārejās. Fiziķi ir pierādījuši, ka šo rotācijas dzesēšanas procesu var paātrināt, palēnināt vai pat apgriezt, molekulu sadursmes ar apkārtējām daļiņām. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Pētnieki Max-Planck Kodolfizikas institūtā Vācijā un Kolumbijas Astrofizikas laboratorijā nesen veica eksperimentu, kura mērķis bija izmērīt molekulu un elektronu sadursmes izraisītos kvantu pārejas ātrumus. Viņu atklājumi, kas publicēti izdevumā Physical Review Letters, sniedz pirmos eksperimentālos pierādījumus. no šīs attiecības, kas iepriekš tika novērtēta tikai teorētiski.
"Kad vāji jonizētā gāzē atrodas elektroni un molekulārie joni, molekulu zemākā kvantu līmeņa populācija sadursmju laikā var mainīties," vietnei Phys.org pastāstīja viens no pētījuma veicējiem Ábels Kalosi. process notiek starpzvaigžņu mākoņos, kur novērojumi liecina, ka molekulas pārsvarā atrodas zemākajos kvantu stāvokļos.Pievilcība starp negatīvi lādētiem elektroniem un pozitīvi lādētiem molekulārajiem joniem padara elektronu sadursmes procesu īpaši efektīvu.
Gadiem ilgi fiziķi ir mēģinājuši teorētiski noteikt, cik spēcīgi brīvie elektroni mijiedarbojas ar molekulām sadursmju laikā un galu galā maina to rotācijas stāvokli. Tomēr līdz šim viņu teorētiskās prognozes nav pārbaudītas eksperimentālā vidē.
"Līdz šim nav veikti mērījumi, lai noteiktu rotācijas enerģijas līmeņu izmaiņu derīgumu konkrētam elektronu blīvumam un temperatūrai, " skaidro Kálosi.
Lai iegūtu šo mērījumu, Kálosi un viņa kolēģi nogādāja izolētas lādētas molekulas ciešā saskarē ar elektroniem temperatūrā, kas ir aptuveni 25 kelvini. Tas ļāva viņiem eksperimentāli pārbaudīt iepriekšējos darbos izklāstītos teorētiskos pieņēmumus un prognozes.
Eksperimentos pētnieki izmantoja kriogēno uzglabāšanas gredzenu Max-Planck Kodolfizikas institūtā Heidelbergā, Vācijā, kas paredzēts sugu selektīviem molekulāro jonu stariem.Šajā gredzenā molekulas pārvietojas hipodrom līdzīgās orbītās kriogēnā tilpumā, kas lielā mērā ir iztukšota no citām fona gāzēm.
"Kriogēnajā gredzenā uzglabātos jonus var radiācijas režīmā atdzesēt līdz gredzena sieniņu temperatūrai, radot jonus, kas piepildīti ar zemākajiem kvantu līmeņiem," skaidro Kalosi. "Kriogēnās uzglabāšanas gredzeni nesen ir uzbūvēti vairākās valstīs, bet mūsu iekārta ir vienīgais, kas aprīkots ar īpaši izstrādātu elektronu staru kūli, kuru var virzīt saskarē ar molekulārajiem joniem.Joni tiek glabāti vairākas minūtes šajā gredzenā, lāzers tiek izmantots, lai nopratinātu molekulāro jonu rotācijas enerģiju.
Izvēloties zondes lāzeram noteiktu optiskā viļņa garumu, komanda varētu iznīcināt nelielu daļu no uzglabātajiem joniem, ja to rotācijas enerģijas līmenis atbilstu šim viļņa garumam. Pēc tam viņi atklāja bojāto molekulu fragmentus, lai iegūtu tā sauktos spektrālos signālus.
Komanda apkopoja savus mērījumus elektronu sadursmju klātbūtnē un bez tās. Tas ļāva viņiem noteikt izmaiņas horizontālajā populācijā eksperimentā iestatītajos zemās temperatūras apstākļos.
"Lai izmērītu rotācijas stāvokļa maiņas sadursmju procesu, ir jānodrošina, lai molekulārajā jonā būtu tikai zemākais rotācijas enerģijas līmenis," sacīja Kálosi. "Tāpēc laboratorijas eksperimentos molekulārie joni ir jātur ārkārtīgi aukstā vietā. apjomiem, izmantojot kriogēno dzesēšanu līdz temperatūrai, kas ir krietni zemāka par istabas temperatūru, kas bieži vien ir tuvu 300 kelviniem.Šajā apjomā molekulas var izolēt no visuresošām molekulām, mūsu vides infrasarkanā termiskā starojuma.
Savos eksperimentos Kálosi un viņa kolēģi spēja sasniegt eksperimentālos apstākļus, kuros elektronu sadursmes dominē starojuma pārejās. Izmantojot pietiekami daudz elektronu, viņi varēja savākt kvantitatīvus mērījumus elektronu sadursmēm ar CH+ molekulārajiem joniem.
"Mēs atklājām, ka elektronu izraisītais rotācijas pārejas ātrums atbilst iepriekšējām teorētiskajām prognozēm," sacīja Kálosi. "Mūsu mērījumi nodrošina pirmo esošo teorētisko prognožu eksperimentālo pārbaudi.Mēs paredzam, ka turpmākie aprēķini vairāk koncentrēsies uz elektronu sadursmju iespējamo ietekmi uz zemākā enerģijas līmeņa populācijām aukstās, izolētās kvantu sistēmās.
Papildus teorētisko prognožu apstiprināšanai eksperimentālā vidē pirmo reizi šīs pētnieku grupas nesenajam darbam var būt nozīmīgas pētniecības sekas. Piemēram, viņu atklājumi liecina, ka elektronu izraisīto kvantu enerģijas līmeņu izmaiņu ātruma mērīšana varētu būt izšķiroša nozīme, analizējot vājos molekulu signālus kosmosā, ko atklāj radioteleskopi, vai ķīmisko reaktivitāti plānās un aukstās plazmās.
Nākotnē šis dokuments varētu pavērt ceļu jauniem teorētiskiem pētījumiem, kuros sīkāk aplūkota elektronu sadursmju ietekme uz rotācijas kvantu enerģijas līmeņu aizņemšanu aukstās molekulās. Tas varētu palīdzēt noskaidrot, kur elektronu sadursmēm ir visspēcīgākā ietekme, padarot iespējams veikt detalizētākus eksperimentus uz lauka.
"Kriogēnajā uzglabāšanas gredzenā mēs plānojam ieviest daudzpusīgāku lāzertehnoloģiju, lai pārbaudītu vairāk diatomisku un daudzatomisku molekulu sugu rotācijas enerģijas līmeņus," piebilst Kálosi. Tas pavērs ceļu elektronu sadursmes pētījumiem, izmantojot lielu skaitu papildu molekulāro jonu. .Šāda veida laboratorijas mērījumi tiks papildināti, jo īpaši novērošanas astronomijā, izmantojot spēcīgas observatorijas, piemēram, Atakamas lielo milimetru/submilimetru masīvu Čīlē.”
Lūdzu, izmantojiet šo veidlapu, ja saskaraties ar pareizrakstības kļūdām, neprecizitātēm vai vēlaties nosūtīt šīs lapas satura rediģēšanas pieprasījumu. Vispārīgiem jautājumiem, lūdzu, izmantojiet mūsu saziņas veidlapu. Lai iegūtu vispārīgas atsauksmes, lūdzu, izmantojiet tālāk esošo publisko komentāru sadaļu (lūdzu, sekojiet vadlīnijas).
Mums ir svarīgas jūsu atsauksmes. Tomēr ziņojumu skaita dēļ mēs negarantējam individuālas atbildes.
Jūsu e-pasta adrese tiek izmantota tikai, lai adresātus zinātu, kurš e-pasta ziņojumu nosūtījis. Ne jūsu adrese, ne adresāta adrese netiks izmantota citiem mērķiem. Jūsu ievadītā informācija tiks parādīta jūsu e-pastā, un Phys.org to nesaglabās formā.
Saņemiet iknedēļas un/vai ikdienas atjauninājumus, kas tiek piegādāti jūsu iesūtnē. Varat jebkurā laikā anulēt abonementu, un mēs nekad neizpaudīsim jūsu informāciju ar trešajām pusēm.
Šī vietne izmanto sīkfailus, lai palīdzētu navigācijā, analizētu mūsu pakalpojumu izmantošanu, vāktu datus reklāmu personalizēšanai un nodrošinātu trešo pušu saturu. Izmantojot mūsu vietni, jūs apstiprināt, ka esat izlasījis un sapratis mūsu Privātuma politiku un lietošanas noteikumus.
Izlikšanas laiks: 28. jūnijs 2022