ლაზერული ტექნოლოგიის გამოყენებით გაზომილი მოლეკულური იონ-ელექტრონის შეჯახების ბრუნვითი გაგრილება

როდესაც ის თავისუფალია ცივ სივრცეში, მოლეკულა სპონტანურად გაცივდება მისი ბრუნვის შენელებით და კვანტური გადასვლების დროს ბრუნვის ენერგიის დაკარგვით. ფიზიკოსებმა აჩვენეს, რომ ბრუნვითი გაგრილების პროცესი შეიძლება დაჩქარდეს, შენელდეს ან თუნდაც შეტრიალდეს მოლეკულების მიმდებარე ნაწილაკებთან შეჯახებით. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2');
გერმანიის მაქს-პლანკის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტისა და კოლუმბიის ასტროფიზიკური ლაბორატორიის მკვლევარებმა ახლახან ჩაატარეს ექსპერიმენტი, რომელიც მიზნად ისახავდა მოლეკულებსა და ელექტრონებს შორის შეჯახების შედეგად გამოწვეული კვანტური გადასვლის სიჩქარის გაზომვას. მათი დასკვნები, გამოქვეყნებული Physical Review Letters-ში, იძლევა პირველ ექსპერიმენტულ მტკიცებულებას. ამ თანაფარდობის, რომელიც ადრე მხოლოდ თეორიულად იყო შეფასებული.
„როდესაც ელექტრონები და მოლეკულური იონები იმყოფებიან სუსტად იონიზებულ აირში, მოლეკულების ყველაზე დაბალი კვანტური დონის პოპულაცია შეიძლება შეიცვალოს შეჯახების დროს“, განუცხადა Phys.org-ს აბელ კალოსიმ, კვლევის ერთ-ერთმა მკვლევარმა.“ ამის მაგალითია. პროცესი ვარსკვლავთშორის ღრუბლებშია, სადაც დაკვირვებები აჩვენებს, რომ მოლეკულები უპირატესად ყველაზე დაბალ კვანტურ მდგომარეობაში არიან. უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებსა და დადებითად დამუხტულ მოლეკულურ იონებს შორის მიზიდულობა ელექტრონების შეჯახების პროცესს განსაკუთრებით ეფექტურს ხდის“.
წლების განმავლობაში, ფიზიკოსები ცდილობდნენ თეორიულად დაედგინათ, რამდენად ძლიერად თავისუფალი ელექტრონები ურთიერთქმედებენ მოლეკულებთან შეჯახების დროს და საბოლოოდ ცვლიან მათ ბრუნვის მდგომარეობას. თუმცა, ჯერჯერობით, მათი თეორიული პროგნოზები არ არის გამოცდილი ექსპერიმენტულ გარემოში.
„აქამდე არ ჩატარებულა გაზომვები, რათა დადგინდეს ბრუნვის ენერგიის დონის ცვლილების მართებულობა მოცემული ელექტრონის სიმკვრივისა და ტემპერატურისთვის“, განმარტავს კალოსი.
ამ გაზომვის შესაგროვებლად კალოსიმ და მისმა კოლეგებმა მიიტანეს იზოლირებული დამუხტული მოლეკულები ელექტრონებთან მჭიდრო კონტაქტში დაახლოებით 25 კელვინის ტემპერატურაზე. ამან მათ საშუალება მისცა ექსპერიმენტულად შეემოწმებინათ წინა ნაშრომებში მოცემული თეორიული ვარაუდები და პროგნოზები.
ექსპერიმენტებში მკვლევარებმა გამოიყენეს ჰაიდელბერგში, გერმანიაში, მაქს-პლანკის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტში კრიოგენული შესანახი რგოლი, რომელიც შექმნილია სახეობათა შერჩევითი მოლეკულური იონის სხივებისთვის. ამ რგოლში მოლეკულები მოძრაობენ იპოდრომის მსგავს ორბიტებში კრიოგენულ მოცულობაში. ძირითადად დაცლილია ნებისმიერი სხვა ფონის აირებისგან.
„კრიოგენურ რგოლში შენახული იონები შეიძლება გაცივდეს რგოლის კედლების ტემპერატურამდე, რაც აწარმოებს იონებს, რომლებიც ივსება ყველაზე დაბალ კვანტურ დონეზე“, განმარტავს კალოსი. ერთადერთი, რომელიც აღჭურვილია სპეციალურად შექმნილი ელექტრონული სხივით, რომელიც შეიძლება მიმართული იყოს მოლეკულურ იონებთან კონტაქტში. იონები ინახება ამ რგოლში რამდენიმე წუთის განმავლობაში, ლაზერი გამოიყენება მოლეკულური იონების ბრუნვის ენერგიის გამოსაკვლევად.
სპეციფიური ოპტიკური ტალღის სიგრძის არჩევით მისი ზონდი ლაზერისთვის, გუნდს შეეძლო გაენადგურებინა შენახული იონების მცირე ნაწილი, თუ მათი ბრუნვის ენერგიის დონეები ამ ტალღის სიგრძეს ემთხვეოდა. შემდეგ მათ აღმოაჩინეს დარღვეული მოლეკულების ფრაგმენტები ე.წ. სპექტრალური სიგნალების მისაღებად.
ჯგუფმა შეაგროვა მათი გაზომვები ელექტრონების შეჯახების არსებობისა და არარსებობის დროს. ამან მათ საშუალება მისცა დაედგინათ ცვლილებები ჰორიზონტალურ პოპულაციაში ექსპერიმენტში დაყენებული დაბალი ტემპერატურის პირობებში.
„როტაციული მდგომარეობის ცვლის შეჯახების პროცესის გასაზომად, აუცილებელია იმის უზრუნველყოფა, რომ მოლეკულურ იონში იყოს მხოლოდ ბრუნვის ენერგიის ყველაზე დაბალი დონე“, - თქვა კალოსიმ. ამიტომ, ლაბორატორიულ ექსპერიმენტებში მოლეკულური იონები უნდა ინახებოდეს უკიდურესად ცივში. მოცულობები, კრიოგენული გაგრილების გამოყენებით ოთახის ტემპერატურაზე საკმაოდ დაბალი ტემპერატურა, რომელიც ხშირად უახლოვდება 300 კელვინს. ამ მოცულობაში მოლეკულები შეიძლება იზოლირებული იყოს ყველგან გავრცელებული მოლეკულებისგან, ჩვენი გარემოს ინფრაწითელი თერმული გამოსხივებისგან.
თავიანთ ექსპერიმენტებში კალოსიმ და მისმა კოლეგებმა შეძლეს მიაღწიონ ექსპერიმენტულ პირობებს, რომლებშიც ელექტრონების შეჯახება დომინირებს რადიაციულ გადასვლებზე. საკმარისი ელექტრონების გამოყენებით, მათ შეეძლოთ შეაგროვონ ელექტრონების შეჯახების რაოდენობრივი გაზომვები CH+ მოლეკულურ იონებთან.
”ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ ელექტრონებით გამოწვეული ბრუნვის გარდამავალი სიჩქარე ემთხვევა წინა თეორიულ პროგნოზებს,” - თქვა კალოსიმ. ”ჩვენი გაზომვები წარმოადგენს არსებული თეორიული პროგნოზების პირველ ექსპერიმენტულ ტესტს. ჩვენ მოველით, რომ მომავალი გამოთვლები უფრო მეტად იქნება ფოკუსირებული ელექტრონების შეჯახების შესაძლო ეფექტებზე ცივ, იზოლირებულ კვანტურ სისტემებში ენერგიის დაბალი დონის პოპულაციებზე.
ექსპერიმენტულ გარემოში თეორიული პროგნოზების პირველად დადასტურების გარდა, მკვლევართა ამ ჯგუფის ბოლო სამუშაოს შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელოვანი კვლევის შედეგები. მაგალითად, მათი დასკვნები ვარაუდობენ, რომ კვანტური ენერგიის დონის ცვლილების ელექტრონებით გამოწვეული სიჩქარის გაზომვა შეიძლება იყოს გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს კოსმოსში მოლეკულების სუსტი სიგნალების ანალიზისას, რომლებიც აღმოჩენილია რადიოტელესკოპებით ან ქიმიური რეაქტიულობით თხელ და ცივ პლაზმაში.
მომავალში, ამ ნაშრომს შეუძლია გზა გაუხსნას ახალ თეორიულ კვლევებს, რომლებიც უფრო მჭიდროდ განიხილავს ელექტრონების შეჯახების ეფექტს ცივ მოლეკულებში ბრუნვის კვანტური ენერგიის დონეების ოკუპაციაზე. შესაძლებელია დარგში უფრო დეტალური ექსპერიმენტების ჩატარება.
„კრიოგენული შენახვის რგოლში ჩვენ ვგეგმავთ უფრო მრავალმხრივი ლაზერული ტექნოლოგიის დანერგვას უფრო დიატომიური და პოლიატომური მოლეკულური სახეობების ბრუნვის ენერგიის დონის შესამოწმებლად“, დასძენს კალოსი.“ ეს გზას გაუხსნის ელექტრონების შეჯახების კვლევებს დამატებითი მოლეკულური იონების დიდი რაოდენობით გამოყენებით. . ამ ტიპის ლაბორატორიული გაზომვები გაგრძელდება, განსაკუთრებით დაკვირვებით ასტრონომიაში, ისეთი ძლიერი ობსერვატორიების გამოყენებით, როგორიცაა ჩილეში ატაკამას დიდი მილიმეტრიანი/სუბმილიმეტრიანი მასივი. ”
გთხოვთ, გამოიყენოთ ეს ფორმა, თუ შეხვდებით ორთოგრაფიულ შეცდომებს, უზუსტობებს, ან გსურთ გამოაგზავნოთ მოთხოვნა ამ გვერდის შინაარსზე. ზოგადი შეკითხვებისთვის, გთხოვთ, გამოიყენოთ ჩვენი საკონტაქტო ფორმა. ზოგადი გამოხმაურებისთვის, გთხოვთ, გამოიყენოთ საჯარო კომენტარების განყოფილება ქვემოთ (გთხოვთ, მიჰყვეთ გაიდლაინები).
თქვენი გამოხმაურება ჩვენთვის მნიშვნელოვანია. თუმცა, შეტყობინებების მოცულობის გამო, ჩვენ არ ვიძლევით ინდივიდუალური პასუხების გარანტიას.
თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოიყენება მხოლოდ იმისთვის, რომ მიმღებებმა იცოდნენ, ვინ გამოაგზავნა ელფოსტა. არც თქვენი მისამართი და არც მიმღების მისამართი არ იქნება გამოყენებული სხვა მიზნებისთვის. თქვენ მიერ შეყვანილი ინფორმაცია გამოჩნდება თქვენს ელფოსტაში და არ შეინახება Phys.org-ის მიერ არც ერთში. ფორმა.
მიიღეთ ყოველკვირეული და/ან ყოველდღიური განახლებები თქვენს შემოსულებში. თქვენ შეგიძლიათ გააუქმოთ გამოწერა ნებისმიერ დროს და ჩვენ არასოდეს გავუზიარებთ თქვენს დეტალებს მესამე პირებს.
ეს ვებსაიტი იყენებს ქუქი-ფაილებს ნავიგაციის დასახმარებლად, თქვენი სერვისების გამოყენების გასაანალიზებლად, მონაცემების შეგროვებისთვის რეკლამის პერსონალიზაციისთვის და მესამე მხარის კონტენტის მოსაწოდებლად. ჩვენი ვებსაიტის გამოყენებით თქვენ აცნობიერებთ, რომ წაიკითხეთ და გაიგეთ ჩვენი კონფიდენციალურობის პოლიტიკა და გამოყენების წესები.