Калі яна вольная ў халодным прасторы, малекула самаадвольна астывае, запавольваючы сваё кручэнне і губляючы энергію кручэння ў квантавых пераходах. Фізікі паказалі, што гэты працэс вярчальнага астуджэння можа быць паскораны, запаволены або нават інвертаваны сутыкненнямі малекул з навакольнымі часціцамі .googletag.cmd.push(функцыя() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2');
Даследчыкі Інстытута ядзернай фізікі імя Макса Планка ў Германіі і Калумбійскай астрафізічнай лабараторыі нядаўна правялі эксперымент, накіраваны на вымярэнне хуткасцей квантавых пераходаў, выкліканых сутыкненнямі паміж малекуламі і электронамі. Іх вынікі, апублікаваныя ў Physical Review Letters, даюць першыя эксперыментальныя доказы гэтага суадносін, якое раней ацэньвалася толькі тэарэтычна.
«Калі электроны і малекулярныя іёны прысутнічаюць у слаба іянізаваным газе, найніжэйшы квантавы ўзровень папуляцыі малекул можа змяняцца падчас сутыкненняў», — сказаў Phys.org Абель Калосі, адзін з даследчыкаў, якія праводзілі даследаванне. «Прыклад гэтага працэс адбываецца ў міжзоркавых аблоках, дзе назіранні паказваюць, што малекулы знаходзяцца пераважна ў сваіх самых нізкіх квантавых станах. Прыцягненне паміж адмоўна зараджанымі электронамі і станоўча зараджанымі малекулярнымі іёнамі робіць працэс сутыкнення электронаў асабліва эфектыўным».
На працягу многіх гадоў фізікі спрабавалі тэарэтычна вызначыць, наколькі моцна свабодныя электроны ўзаемадзейнічаюць з малекуламі падчас сутыкненняў і ў канчатковым выніку змяняюць стан іх вярчэння. Аднак да гэтага часу іх тэарэтычныя прагнозы не былі правераны ў эксперыментальных умовах.
«Да цяперашняга часу не было зроблена ніякіх вымярэнняў для вызначэння абгрунтаванасці змены ўзроўняў круцільнай энергіі для дадзенай шчыльнасці электронаў і тэмпературы», - тлумачыць Калосі.
Каб сабраць гэтыя вымярэнні, Калосі і яго калегі прывялі ізаляваныя зараджаныя малекулы ў цесны кантакт з электронамі пры тэмпературы каля 25 Кельвінаў. Гэта дазволіла ім эксперыментальна праверыць тэарэтычныя здагадкі і прагнозы, выкладзеныя ў папярэдніх працах.
У сваіх эксперыментах даследчыкі выкарыстоўвалі крыягеннае назапашвальнае кольца ў Інстытуце ядзернай фізікі Макса Планка ў Гейдэльбергу, Германія, распрацаванае для селектыўных відаў пучкоў малекулярных іёнаў. У гэтым кальцы малекулы рухаюцца па арбітах, падобных на іпадром, у крыягенным аб'ёме, які у значнай ступені ачышчаны ад любых іншых фонавых газаў.
«У крыягенным кольцы іёны, якія захоўваюцца, могуць радыяцыйна астуджацца да тэмпературы сценак кольцы, утвараючы іёны, напоўненыя на самых нізкіх квантавых узроўнях», — тлумачыць Калосі. Крыягенныя кольцы-назапашвальнікі нядаўна былі пабудаваны ў некалькіх краінах, але наша ўстаноўка адзіны, абсталяваны спецыяльна распрацаваным электронным пучком, які можа быць накіраваны ў кантакт з малекулярнымі іёнамі. Іёны захоўваюцца на працягу некалькіх хвілін у гэтым кальцы, лазер выкарыстоўваецца для апытання энергіі кручэння малекулярных іёнаў.»
Выбраўшы пэўную аптычную даўжыню хвалі для свайго зондавага лазера, каманда змагла знішчыць невялікую долю назапашаных іёнаў, калі ўзровень энергіі кручэння адпавядаў гэтай даўжыні хвалі. Затым яны выявілі фрагменты разбураных малекул, каб атрымаць так званыя спектральныя сігналы.
Каманда сабрала свае вымярэнні пры наяўнасці і адсутнасці сутыкненняў электронаў. Гэта дазволіла ім выявіць змены ў гарызантальнай папуляцыі ва ўмовах нізкай тэмпературы, устаноўленых у эксперыменце.
«Каб вымераць працэс сутыкненняў, якія змяняюць стан кручэння, неабходна пераканацца, што ў малекулярнага іёна ёсць толькі самы нізкі ўзровень круцільнай энергіі», — сказаў Калосі. Такім чынам, у лабараторных эксперыментах малекулярныя іёны павінны захоўвацца ў надзвычай халодным месцы. аб'ёмаў, выкарыстоўваючы крыягеннае астуджэнне да тэмператур, значна ніжэйшых за пакаёвую, якая часта блізкая да 300 кельвінаў. У гэтым аб'ёме можна вылучыць малекулы з усюдыісных малекул, інфрачырвонага цеплавога выпраменьвання навакольнага асяроддзя».
У сваіх эксперыментах Калосі і яго калегі змаглі дасягнуць эксперыментальных умоў, у якіх сутыкненні электронаў дамінуюць над радыяцыйнымі пераходамі. Выкарыстоўваючы дастатковую колькасць электронаў, яны маглі сабраць колькасныя вымярэнні сутыкненняў электронаў з малекулярнымі іёнамі CH+.
«Мы выявілі, што хуткасць вярчальнага пераходу, выкліканая электронамі, адпавядае папярэднім тэарэтычным прагнозам», — сказаў Калосі. «Нашы вымярэнні забяспечваюць першую эксперыментальную праверку існуючых тэарэтычных прагнозаў. Мы мяркуем, што будучыя разлікі будуць больш сканцэнтраваны на магчымых наступствах сутыкненняў электронаў на насельніцтва з самым нізкім узроўнем энергіі ў халодных ізаляваных квантавых сістэмах».
У дадатак да першага пацверджання тэарэтычных прагнозаў у эксперыментальных умовах, нядаўняя праца гэтай групы даследчыкаў можа мець важныя даследчыя наступствы. Напрыклад, іх высновы сведчаць аб тым, што вымярэнне выкліканай электронамі хуткасці змены квантавых узроўняў энергіі можа быць мае вырашальнае значэнне пры аналізе слабых сігналаў малекул у космасе, выяўленых радыётэлескопамі, або хімічнай рэакцыйнай здольнасці ў тонкай і халоднай плазме.
У будучыні гэты дакумент можа пракласці шлях для новых тэарэтычных даследаванняў, якія больш уважліва разглядаюць уплыў сутыкненняў электронаў на запаўненне вярчальных узроўняў квантавай энергіі ў халодных малекулах. Гэта можа дапамагчы высветліць, дзе сутыкненні электронаў аказваюць найбольш моцны эфект, робячы можна праводзіць больш падрабязныя эксперыменты ў палявых умовах.
«У крыягенным назапашвальніку мы плануем укараніць больш універсальную лазерную тэхналогію, каб даследаваць узровень энергіі вярчэння двух- і шмататамных малекулярных відаў», — дадае Калосі. «Гэта адкрые шлях для даследаванняў сутыкненняў электронаў з выкарыстаннем вялікай колькасці дадатковых малекулярных іёнаў. . Лабараторныя вымярэнні гэтага тыпу будуць працягваць дапаўняцца, асабліва ў назіральнай астраноміі з выкарыстаннем магутных абсерваторый, такіх як Вялікая міліметровая/субміліметровая сістэма Атакама ў Чылі. »
Калі ласка, выкарыстоўвайце гэту форму, калі вы сутыкнуліся з арфаграфічнымі памылкамі, недакладнасцямі або хочаце адправіць запыт на рэдагаванне змесціва гэтай старонкі. Для агульных запытаў выкарыстоўвайце нашу кантактную форму. Для агульных водгукаў выкарыстоўвайце раздзел публічных каментарыяў ніжэй (калі ласка, сачыце за рэкамендацыі).
Ваш водгук важны для нас. Аднак з-за аб'ёму паведамленняў мы не гарантуем індывідуальныя адказы.
Ваш адрас электроннай пошты выкарыстоўваецца толькі для таго, каб паведаміць атрымальнікам, хто адправіў электронны ліст. Ні ваш адрас, ні адрас атрымальніка не будуць выкарыстоўвацца ні ў якіх іншых мэтах. Інфармацыя, якую вы ўводзіце, з'явіцца ў вашым электронным лісце і не будзе захоўвацца Phys.org ні ў якім разе форма.
Атрымлівайце штотыднёвыя і/ці штодзённыя абнаўленні на вашу паштовую скрыню. Вы можаце адмовіцца ад падпіскі ў любы час, і мы ніколі не перадамо вашыя дадзеныя трэцім асобам.
Гэты вэб-сайт выкарыстоўвае файлы cookie для дапамогі ў навігацыі, аналізу выкарыстання вамі нашых сэрвісаў, збору даных для персаналізацыі рэкламы і прадастаўлення кантэнту ад трэціх асоб. Выкарыстоўваючы наш вэб-сайт, вы пацвярджаеце, што прачыталі і зразумелі нашу Палітыку прыватнасці і Умовы выкарыстання.
Час публікацыі: 28 чэрвеня 2022 г