Amikor szabadon van a hideg térben, a molekula spontán lehűl azáltal, hogy lelassítja a forgását, és elveszíti a forgási energiát a kvantumátmenetekben. A fizikusok kimutatták, hogy ez a forgási hűtési folyamat felgyorsítható, lelassítható vagy akár meg is fordítható a molekuláknak a környező részecskékkel való ütközésével. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
A németországi Max-Planck Nukleáris Fizikai Intézet és a Columbia Astrophysical Laboratory kutatói a közelmúltban kísérletet hajtottak végre a molekulák és elektronok ütközései által okozott kvantumátmeneti sebességek mérésére. A Physical Review Letters-ben megjelent eredményeik szolgáltatják az első kísérleti bizonyítékot. ebből az arányból, amelyet korábban csak elméletileg becsültek meg.
„Ha egy gyengén ionizált gázban elektronok és molekuláris ionok vannak jelen, a molekulák legalacsonyabb kvantumszintű populációja megváltozhat az ütközések során” – mondta Kálosi Ábel, a vizsgálat egyik kutatója a Phys.org-nak. A folyamat csillagközi felhőkben zajlik, ahol a megfigyelések azt mutatják, hogy a molekulák túlnyomórészt a legalacsonyabb kvantumállapotukban vannak. A negatív töltésű elektronok és a pozitív töltésű molekulaionok vonzása különösen hatékonysá teszi az elektronok ütközési folyamatát.
A fizikusok évek óta próbálják elméletileg meghatározni, hogy a szabad elektronok milyen erősen lépnek kölcsönhatásba a molekulákkal az ütközések során, és végül megváltoztatják azok forgási állapotát. Elméleti előrejelzéseiket azonban eddig nem tesztelték kísérleti környezetben.
„Eddig nem végeztek méréseket a forgási energiaszintek változásának érvényességének megállapítására adott elektronsűrűség és hőmérséklet mellett” – magyarázza Kálosi.
Ennek a mérésnek az összegyűjtéséhez Kálosi és munkatársai 25 Kelvin körüli hőmérsékleten izolált töltött molekulákat hoztak szoros kapcsolatba elektronokkal. Ez lehetővé tette számukra, hogy kísérletileg teszteljék a korábbi munkákban felvázolt elméleti feltételezéseket és előrejelzéseket.
Kísérleteik során a kutatók a heidelbergi Max-Planck Nukleáris Fizikai Intézetben (Németország) egy kriogén tárológyűrűt használtak, amelyet fajszelektív molekulaionnyalábokhoz terveztek. Ebben a gyűrűben a molekulák versenypálya-szerű pályákon mozognak olyan kriogén térfogatban, nagyrészt kiürül minden más háttérgáztól.
„A kriogén gyűrűben a tárolt ionok sugárzóan lehűthetők a gyűrű falainak hőmérsékletére, így a legalacsonyabb kvantumszinteken töltött ionok keletkeznek” – magyarázza Kálosi.” A közelmúltban több országban is építettek kriogén tárológyűrűket, de a mi létesítményünk az egyetlen, amely speciálisan kialakított elektronsugárral van felszerelve, amely molekulaionokkal érintkezésbe hozható. Az ionokat néhány percig tárolják ebben a gyűrűben, lézert használnak a molekuláris ionok forgási energiájának lekérdezésére.
Egy adott optikai hullámhosszt választva a szondalézerhez, a csapat elpusztíthatta a tárolt ionok egy kis részét, ha forgási energiaszintje megegyezik a hullámhosszal. Ezután észlelték a megszakadt molekulák töredékeit, hogy úgynevezett spektrális jeleket kapjanak.
A csapat elektronütközések jelenlétében és hiányában gyűjtötte össze méréseit. Ez lehetővé tette számukra a vízszintes populáció változásainak kimutatását a kísérletben beállított alacsony hőmérsékleti körülmények között.
„A forgásállapot-váltó ütközések folyamatának méréséhez biztosítani kell, hogy a molekulaionban csak a legalacsonyabb forgási energiaszint legyen” – mondta Kálosi. Ezért a laboratóriumi kísérletekben a molekulaionokat rendkívül hideg helyen kell tartani mennyiségben, kriogén hűtéssel jóval szobahőmérséklet alatti hőmérsékletre, ami gyakran megközelíti a 300 Kelvint. Ebben a kötetben molekulákat lehet izolálni mindenütt jelenlévő molekulákból, környezetünk infravörös hősugárzásából.”
Kálosi és munkatársai kísérleteik során olyan kísérleti körülményeket tudtak elérni, amelyekben az elektronütközések dominálnak a sugárzási átmenetekben. Elegendő elektron felhasználásával kvantitatív méréseket tudtak gyűjteni a CH+ molekulaionokkal történő elektronütközésekről.
„Azt találtuk, hogy az elektronok által kiváltott forgási átmenet sebessége megegyezik a korábbi elméleti előrejelzésekkel” – mondta Kálosi.” Méréseink a meglévő elméleti előrejelzések első kísérleti tesztjét adják. Arra számítunk, hogy a jövőbeni számítások jobban összpontosítanak az elektronütközések lehetséges hatásaira a hideg, elszigetelt kvantumrendszerek legalacsonyabb energiaszintű populációira.
Amellett, hogy kísérleti környezetben először erősítik meg az elméleti előrejelzéseket, e kutatócsoport közelmúltbeli munkáinak fontos kutatási vonatkozásai is lehetnek. Eredményeik például azt sugallják, hogy a kvantumenergia-szintek elektronindukálta változási sebességének mérése döntő fontosságú az űrben lévő molekulák rádióteleszkópokkal észlelt gyenge jeleinek vagy vékony és hideg plazmák kémiai reaktivitásának elemzésekor.
A jövőben ez a tanulmány megnyithatja az utat olyan új elméleti tanulmányok előtt, amelyek alaposabban megvizsgálják az elektronütközések hatását a hideg molekulákban a forgási kvantumenergia-szintek elfoglalására. Ez segíthet kideríteni, hogy az elektronütközésnek hol van a legerősebb hatása, így részletesebb kísérletek elvégzésére van lehetőség a terepen.
„A kriogén tárológyűrűben sokoldalúbb lézertechnológiát tervezünk bevezetni a két- és többatomos molekulafajták forgási energiaszintjének szondázására” – teszi hozzá Kálosi.” Ez megnyitja majd az utat a nagyszámú további molekulaiont használó elektronütközés-vizsgálatokhoz. . Az ilyen típusú laboratóriumi méréseket továbbra is kiegészítik, különösen a megfigyelő csillagászatban, olyan nagy teljesítményű obszervatóriumok használatával, mint a chilei Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array. ”
Kérjük, használja ezt az űrlapot, ha helyesírási hibákat, pontatlanságokat észlel, vagy szerkesztési kérelmet szeretne küldeni az oldal tartalmára vonatkozóan. Általános kérdésekkel kapcsolatban használja kapcsolatfelvételi űrlapunkat. Általános visszajelzéshez használja az alábbi nyilvános megjegyzéseket (kérjük, kövesse az irányelveket).
Az Ön visszajelzése fontos számunkra. Az üzenetek mennyisége miatt azonban nem garantáljuk az egyéni válaszokat.
Az Ön e-mail-címe csak arra szolgál, hogy a címzett tudja, ki küldte az e-mailt. Sem az Ön címét, sem a címzett címét nem használjuk fel semmilyen más célra. A megadott információk megjelennek az e-mailben, és a Phys.org nem őrzi meg őket semmilyen formában. forma.
Heti és/vagy napi frissítéseket kap a postaládájába. Bármikor leiratkozhat, és soha nem osztjuk meg adatait harmadik felekkel.
Ez a weboldal cookie-kat használ a navigáció elősegítésére, szolgáltatásaink használatának elemzésére, a hirdetések személyre szabásához szükséges adatok gyűjtésére és harmadik felektől származó tartalom kiszolgálására. Webhelyünk használatával Ön elismeri, hogy elolvasta és megértette Adatvédelmi szabályzatunkat és Felhasználási Feltételeinket.
Feladás időpontja: 2022. június 28