Kun se on vapaana kylmässä tilassa, molekyyli jäähtyy spontaanisti hidastamalla pyörimistään ja menettäen pyörimisenergiaa kvanttisiirtymissä. Fyysikot ovat osoittaneet, että tätä pyörivää jäähdytysprosessia voidaan kiihdyttää, hidastaa tai jopa kääntää päinvastaiseksi molekyylien törmäyksillä ympäröivien hiukkasten kanssa. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
Saksan Max-Planck Institute for Nuclear Physics -instituutin ja Columbian astrofysiikan laboratorion tutkijat suorittivat äskettäin kokeen, jonka tarkoituksena oli mitata molekyylien ja elektronien välisten törmäysten aiheuttamia kvanttisiirtymänopeuksia. Heidän Physical Review Lettersissa julkaistut havainnot tarjoavat ensimmäiset kokeelliset todisteet. tästä suhteesta, joka on aiemmin arvioitu vain teoreettisesti.
"Kun elektroneja ja molekyyli-ioneja on läsnä heikosti ionisoidussa kaasussa, alimman kvanttitason molekyylipopulaatio voi muuttua törmäysten aikana", yksi tutkimuksen suorittaneista tutkijoista Ábel Kálosi kertoi Phys.org-sivustolle. prosessi on tähtienvälisissä pilvissä, joissa havainnot osoittavat, että molekyylit ovat pääosin alimmassa kvanttitilassaan.Negatiivisesti varautuneiden elektronien ja positiivisesti varautuneiden molekyyli-ionien välinen vetovoima tekee elektronien törmäysprosessista erityisen tehokkaan.
Fyysikot ovat jo vuosia yrittäneet teoreettisesti määrittää, kuinka voimakkaasti vapaat elektronit ovat vuorovaikutuksessa molekyylien kanssa törmäysten aikana ja lopulta muuttavat niiden pyörimistilaa. Toistaiseksi heidän teoreettisia ennusteitaan ei kuitenkaan ole testattu kokeellisessa ympäristössä.
"Tähän mennessä ei ole tehty mittauksia, jotka osoittaisivat pyörimisenergiatasojen muutoksen pätevyyttä tietyllä elektronitiheydellä ja lämpötilalla", Kálosi selittää.
Tämän mittauksen keräämiseksi Kálosi ja hänen kollegansa toivat eristettyjä varautuneita molekyylejä läheiseen kosketukseen elektronien kanssa noin 25 kelvinin lämpötiloissa. Tämä antoi heille mahdollisuuden testata kokeellisesti aikaisemmissa töissä esitettyjä teoreettisia oletuksia ja ennusteita.
Kokeissaan tutkijat käyttivät Max-Planck Institute for Nuclear Physics -instituutissa Heidelbergissä Saksassa sijaitsevaa kryogeenistä varastorengasta, joka on suunniteltu lajiselektiivisille molekyyli-ionisuihkuille. on suurelta osin tyhjennetty kaikista muista taustakaasuista.
"Kryogeenisessä renkaassa varastoidut ionit voidaan jäähdyttää säteilevästi renkaan seinämien lämpötilaan, jolloin saadaan ioneja, jotka täyttyvät pienimmälläkin kvanttitasolla", Kálosi selittää." Kryogeenisiä varastorenkaita on viime aikoina rakennettu useisiin maihin, mutta laitoksemme on ainoa, joka on varustettu erityisesti suunnitellulla elektronisuihkulla, joka voidaan suunnata kosketukseen molekyyli-ionien kanssa.Ioneja säilytetään useita minuutteja tässä renkaassa, laserilla tutkitaan molekyyli-ionien pyörimisenergiaa.
Valitsemalla tietyn optisen aallonpituuden koetinlaserilleen, tiimi saattoi tuhota pienen osan tallennetuista ioneista, jos niiden pyörimisenergiatasot vastaavat tätä aallonpituutta. Sitten he havaitsivat katkenneista molekyyleistä fragmentteja saadakseen niin kutsuttuja spektrisignaaleja.
Ryhmä keräsi mittauksensa elektronien törmäysten läsnäollessa ja ilman. Tämän ansiosta he pystyivät havaitsemaan muutoksia vaakasuuntaisessa populaatiossa kokeessa määritetyissä matalan lämpötilan olosuhteissa.
"Pyöritystilaa muuttavien törmäysten prosessin mittaamiseksi on tarpeen varmistaa, että molekyyli-ionissa on vain alhaisin pyörimisenergiataso", Kálosi sanoi. tilavuuksia käyttämällä kryogeenistä jäähdytystä selvästi huoneenlämpötilan alapuolelle, joka on usein lähellä 300 Kelviniä.Tässä tilavuudessa molekyylejä voidaan eristää kaikkialla olevista molekyyleistä, ympäristömme infrapunalämpösäteilystä."
Kálosi ja hänen kollegansa onnistuivat kokeissaan saavuttamaan koeolosuhteet, joissa elektronien törmäykset hallitsevat säteilysiirtymiä. Käyttämällä riittävästi elektroneja he pystyivät keräämään kvantitatiivisia mittauksia elektronien törmäyksistä CH+-molekyyli-ionien kanssa.
"Huomasimme, että elektronien aiheuttama pyörimisnopeus vastaa aikaisempia teoreettisia ennusteita", Kálosi sanoi. "Mittauksemme tarjoavat ensimmäisen kokeellisen testin olemassa oleville teoreettisille ennusteille.Odotamme, että tulevat laskelmat keskittyvät enemmän elektronien törmäysten mahdollisiin vaikutuksiin kylmien, eristettyjen kvanttijärjestelmien alhaisimman energiatason populaatioihin.
Sen lisäksi, että tämän tutkijaryhmän äskettäisillä töillä voi olla merkittäviä tutkimusvaikutuksia vahvistavan teoreettiset ennusteet ensimmäistä kertaa kokeellisessa ympäristössä. Heidän havainnot viittaavat esimerkiksi siihen, että kvanttienergiatasojen elektronien aiheuttaman muutosnopeuden mittaaminen voisi olla hyödyllistä. ratkaisevan tärkeää analysoitaessa radioteleskooppien havaitsemia molekyylien heikkoja signaaleja avaruudessa tai kemiallista reaktiivisuutta ohuissa ja kylmissä plasmassa.
Tulevaisuudessa tämä artikkeli voisi tasoittaa tietä uusille teoreettisille tutkimuksille, joissa tarkastellaan tarkemmin elektronien törmäysten vaikutusta pyörivien kvanttienergiatasojen varaamiseen kylmissä molekyyleissä. Tämä voisi auttaa selvittämään, missä elektronitörmäyksillä on voimakkain vaikutus. kentällä on mahdollista tehdä tarkempia kokeita.
"Kryogeeniseen varastointirenkaaseen aiomme ottaa käyttöön monipuolisemman laserteknologian kahden- ja moniatomisten molekyylilajien pyörimisenergiatasojen tutkimiseksi", Kálosi lisää. Tämä tasoittaa tietä elektronien törmäystutkimuksille, joissa käytetään suuria määriä lisämolekyyli-ioneja. .Tämän tyyppisiä laboratoriomittauksia täydennetään edelleen, erityisesti havaintoastronomiassa käyttämällä tehokkaita observatorioita, kuten Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array Chilessä.”
Käytä tätä lomaketta, jos kohtaat kirjoitusvirheitä, epätarkkuuksia tai haluat lähettää muokkauspyynnön tämän sivun sisällöstä. Yleisiä tiedusteluja varten käytä yhteydenottolomakettamme. Jos haluat antaa yleistä palautetta, käytä alla olevaa julkista kommenttiosiota (noudata ohjeet).
Palautteesi on meille tärkeää. Viestien määrän vuoksi emme kuitenkaan takaa yksittäisiä vastauksia.
Sähköpostiosoitettasi käytetään vain ilmoittamaan vastaanottajille, kuka sähköpostin lähetti. Osoitettasi tai vastaanottajan osoitetta ei käytetä mihinkään muuhun tarkoitukseen. Antamasi tiedot näkyvät sähköpostissasi, eivätkä Phys.org säilytä niitä missään muodossa.
Saat viikoittaisia ja/tai päivittäisiä päivityksiä postilaatikkoosi. Voit peruuttaa tilauksen milloin tahansa, emmekä koskaan jaa tietojasi kolmansille osapuolille.
Tämä verkkosivusto käyttää evästeitä auttamaan navigoinnissa, analysoimaan palveluidemme käyttöä, keräämään tietoja mainonnan personointia varten ja tarjoamaan sisältöä kolmansilta osapuolilta. Käyttämällä verkkosivustoamme vahvistat, että olet lukenut ja ymmärtänyt tietosuojakäytäntömme ja käyttöehtomme.
Postitusaika: 28.6.2022