Kai ji bus laisva šaltoje erdvėje, molekulė savaime atšals, sulėtindama sukimąsi ir prarasdama sukimosi energiją kvantiniuose perėjimuose. Fizikai įrodė, kad šį sukimosi aušinimo procesą galima pagreitinti, sulėtinti ar net apversti molekulėms susidūrus su aplinkinėmis dalelėmis. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2' });
Max-Planck Branduolinės fizikos instituto Vokietijoje ir Kolumbijos astrofizikos laboratorijos mokslininkai neseniai atliko eksperimentą, kurio tikslas buvo išmatuoti molekulių ir elektronų susidūrimų sukeltus kvantinius perėjimus. Jų išvados, paskelbtos Physical Review Letters, yra pirmieji eksperimentiniai įrodymai. šio santykio, kuris anksčiau buvo įvertintas tik teoriškai.
„Kai silpnai jonizuotose dujose yra elektronų ir molekulinių jonų, susidūrimo metu gali pasikeisti žemiausio kvantinio lygio molekulių populiacija“, – Phys.org sakė vienas iš tyrimą atlikusių tyrėjų Ábel Kálosi. Šis procesas vyksta tarpžvaigždiniuose debesyse, kur stebėjimai rodo, kad molekulės daugiausia yra žemiausioje kvantinėje būsenoje. Dėl traukos tarp neigiamo krūvio elektronų ir teigiamai įkrautų molekulinių jonų elektronų susidūrimo procesas tampa ypač efektyvus.
Jau daugelį metų fizikai bandė teoriškai nustatyti, kaip stipriai laisvieji elektronai sąveikauja su molekulėmis susidūrimo metu ir galiausiai keičia jų sukimosi būseną. Tačiau iki šiol jų teorinės prognozės nebuvo patikrintos eksperimentinėje aplinkoje.
„Iki šiol nebuvo atlikta jokių matavimų, siekiant nustatyti sukimosi energijos lygių pasikeitimo pagrįstumą tam tikram elektronų tankiui ir temperatūrai“, - aiškina Kálosi.
Norėdami surinkti šį matavimą, Kálosi ir jo kolegos izoliuotas įkrautas molekules artimai kontaktavo su elektronais esant maždaug 25 kelvinų temperatūrai. Tai leido jiems eksperimentiškai patikrinti ankstesniuose darbuose išdėstytas teorines prielaidas ir prognozes.
Savo eksperimentuose mokslininkai naudojo kriogeninį saugojimo žiedą Max-Planck Branduolinės fizikos institute Heidelberge, Vokietijoje, skirtą rūšims atrankiniams molekulinių jonų pluoštams. Šiame žiede molekulės juda lenktynių trasos orbitomis kriogeniniu tūriu, kuris didžiąja dalimi ištuštinamas nuo bet kokių kitų foninių dujų.
„Kriogeniniame žiede saugomi jonai gali būti radiaciniu būdu atšaldomi iki žiedo sienelių temperatūros, todėl jonai pripildomi žemiausiuose kvantiniuose lygiuose“, – aiškina Kálosi. vienintelis turintis specialiai sukurtą elektronų pluoštą, kuris gali būti nukreiptas į sąlytį su molekuliniais jonais. Šiame žiede jonai laikomi keletą minučių, molekulių jonų sukimosi energijai tirti naudojamas lazeris.
Pasirinkusi konkretų optinės bangos ilgį savo zondo lazeriui, komanda galėtų sunaikinti nedidelę saugomų jonų dalį, jei jų sukimosi energijos lygis atitiktų tą bangos ilgį. Tada jie aptiko sutrikdytų molekulių fragmentus, kad gautų vadinamuosius spektrinius signalus.
Grupė surinko savo matavimus esant ir nesant elektronų susidūrimų. Tai leido aptikti horizontalios populiacijos pokyčius eksperimente nustatytomis žemos temperatūros sąlygomis.
„Norint išmatuoti sukimosi būsenos keitimo susidūrimų procesą, būtina užtikrinti, kad molekuliniame jone būtų tik žemiausias sukimosi energijos lygis“, – sakė Kálosi. tūrių, naudojant kriogeninį aušinimą iki gerokai žemesnės nei kambario temperatūros, kuri dažnai būna artima 300 kelvinų. Šiame tūryje molekules galima išskirti iš visur esančių molekulių, mūsų aplinkos infraraudonosios šiluminės spinduliuotės.
Savo eksperimentuose Kálosi ir jo kolegos sugebėjo pasiekti eksperimentines sąlygas, kuriose elektronų susidūrimai dominuoja spinduliavimo perėjimuose. Naudodami pakankamai elektronų, jie galėjo surinkti kiekybinius elektronų susidūrimų su CH+ molekuliniais jonais matavimus.
"Mes nustatėme, kad elektronų sukeltas sukimosi perėjimo greitis atitinka ankstesnes teorines prognozes", - sakė Kálosi. "Mūsų matavimai yra pirmasis esamų teorinių prognozių eksperimentinis bandymas. Tikimės, kad būsimuose skaičiavimuose daugiau dėmesio bus skiriama galimam elektronų susidūrimų poveikiui žemiausio energijos lygio populiacijoms šaltose, izoliuotose kvantinėse sistemose.
Be to, kad pirmą kartą eksperimentinėje aplinkoje patvirtinamos teorinės prognozės, pastarasis šios tyrėjų grupės darbas gali turėti svarbių tyrimų rezultatų. Pavyzdžiui, jų išvados rodo, kad elektronų sukelto kvantinės energijos lygio kitimo greičio matavimas gali būti labai svarbu analizuojant silpnus molekulių signalus erdvėje, aptinkamus radijo teleskopais, arba cheminį reaktyvumą plonose ir šaltose plazmose.
Ateityje šis dokumentas galėtų sudaryti sąlygas naujiems teoriniams tyrimams, kuriuose atidžiau nagrinėjamas elektronų susidūrimų poveikis sukimosi kvantinės energijos lygių užimtumui šaltose molekulėse. Tai galėtų padėti išsiaiškinti, kur elektronų susidūrimai turi stipriausią poveikį, todėl galima atlikti išsamesnius eksperimentus lauke.
„Kriogeniniame saugojimo žiede planuojame įdiegti universalesnę lazerinę technologiją, kad išmatuotų daugiau dviatominių ir daugiaatominių molekulių rūšių sukimosi energijos lygius“, - priduria Kálosi. Tai atvers kelią elektronų susidūrimo tyrimams naudojant daug papildomų molekulinių jonų. . Šio tipo laboratoriniai matavimai ir toliau bus papildyti, ypač stebėjimo astronomijoje, naudojant galingas observatorijas, tokias kaip Atakamos didelio milimetro / submilimetrų masyvas Čilėje. “
Prašome naudoti šią formą, jei susiduriate su rašybos klaidomis, netikslumais arba norite išsiųsti šio puslapio turinio redagavimo užklausą.Jei norite pateikti bendrus klausimus, naudokite mūsų kontaktinę formą. Jei norite gauti bendrų atsiliepimų, naudokite toliau pateiktą viešų komentarų skiltį (sekite gaires).
Jūsų atsiliepimai mums svarbūs. Tačiau dėl pranešimų kiekio negarantuojame individualių atsakymų.
Jūsų el. pašto adresas naudojamas tik informuoti gavėjus, kas atsiuntė el. laišką. Nei jūsų adresas, nei gavėjo adresas nebus naudojami jokiems kitiems tikslams. Informacija, kurią įvesite, bus rodoma jūsų el. laiške ir Phys.org jos nesaugos. forma.
Kassavaitiniai ir (arba) kasdieniniai naujiniai bus pristatyti į gautuosius. Galite bet kada atsisakyti prenumeratos ir mes niekada nebendrinsime jūsų informacijos su trečiosiomis šalimis.
Šioje svetainėje naudojami slapukai, padedantys naršyti, analizuoti jūsų naudojimąsi mūsų paslaugomis, rinkti duomenis reklamos personalizavimui ir teikti turinį iš trečiųjų šalių. Naudodamiesi mūsų svetaine patvirtinate, kad perskaitėte ir supratote mūsų privatumo politiką ir naudojimo sąlygas.
Paskelbimo laikas: 2022-06-28