Když je volná v chladném prostoru, molekula se samovolně ochladí zpomalením své rotace a ztrátou rotační energie při kvantových přechodech. Fyzici prokázali, že tento rotační proces ochlazování lze urychlit, zpomalit nebo dokonce převrátit srážkami molekul s okolními částicemi. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Výzkumníci z Max-Planck Institute for Nuclear Physics v Německu a Columbia Astrophysical Laboratory nedávno provedli experiment zaměřený na měření kvantových přechodových rychlostí způsobených srážkami mezi molekulami a elektrony. Jejich zjištění, publikovaná v Physical Review Letters, poskytují první experimentální důkazy. tohoto poměru, který byl dříve pouze odhadován teoreticky.
"Když jsou elektrony a molekulární ionty přítomny ve slabě ionizovaném plynu, populace molekul na nejnižší kvantové úrovni se může během srážek změnit," řekl Phys.org Ábel Kálosi, jeden z výzkumníků, kteří studii prováděli. proces probíhá v mezihvězdných oblacích, kde pozorování ukazují, že molekuly jsou převážně ve svých nejnižších kvantových stavech.Díky přitažlivosti mezi záporně nabitými elektrony a kladně nabitými molekulárními ionty je proces srážky elektronů obzvláště účinný.
Fyzici se léta pokoušeli teoreticky určit, jak silně interagují volné elektrony s molekulami během srážek a nakonec změní jejich rotační stav. Dosud však jejich teoretické předpovědi nebyly testovány v experimentálním prostředí.
„Dosud nebyla provedena žádná měření, která by určila platnost změny hladin rotační energie pro danou hustotu elektronů a teplotu,“ vysvětluje Kálosi.
Pro shromáždění tohoto měření Kálosi a jeho kolegové přivedli izolované nabité molekuly do těsného kontaktu s elektrony při teplotách kolem 25 Kelvinů. To jim umožnilo experimentálně testovat teoretické předpoklady a předpovědi nastíněné v předchozích dílech.
Ve svých experimentech výzkumníci použili kryogenní úložný prstenec v Max-Planck Institute for Nuclear Physics v Heidelbergu v Německu, navržený pro druhově selektivní molekulární iontové paprsky. V tomto prstenci se molekuly pohybují po drahách podobných drahám v kryogenním objemu, který je z velké části vyprázdněn od jakýchkoli jiných plynů pozadí.
"V kryogenním prstenci mohou být uložené ionty radiačně ochlazeny na teplotu stěn prstenců, čímž se získají ionty naplněné na nejnižších kvantových úrovních," vysvětluje Kálosi. Kryogenní prstence byly nedávno postaveny v několika zemích, ale naše zařízení jako jediná je vybavena speciálně navrženým elektronovým paprskem, který lze nasměrovat do kontaktu s molekulárními ionty.Ionty jsou uloženy po dobu několika minut v tomto prstenci, laser se používá k dotazování rotační energie molekulárních iontů.
Výběrem specifické optické vlnové délky pro svůj sondový laser by tým mohl zničit malou část uložených iontů, pokud by jejich rotační energetické úrovně odpovídaly této vlnové délce. Poté detekovali fragmenty narušených molekul, aby získali takzvané spektrální signály.
Tým shromáždil svá měření v přítomnosti a nepřítomnosti srážek elektronů. To jim umožnilo detekovat změny v horizontální populaci za podmínek nízké teploty nastavených v experimentu.
"Pro měření procesu kolizí měnících rotační stav je nutné zajistit, aby v molekulárním iontu byla pouze nejnižší úroveň rotační energie," řekl Kálosi. objemů pomocí kryogenního chlazení na teploty hluboko pod pokojovou teplotou, která se často blíží 300 Kelvinům.V tomto objemu mohou být molekuly izolovány od všudypřítomných molekul, infračerveného tepelného záření našeho prostředí.“
Ve svých experimentech byli Kálosi a jeho kolegové schopni dosáhnout experimentálních podmínek, ve kterých srážky elektronů dominují radiačním přechodům. S využitím dostatečného množství elektronů mohli sbírat kvantitativní měření srážek elektronů s molekulárními ionty CH+.
"Zjistili jsme, že rychlost rotačního přechodu vyvolaná elektrony odpovídá předchozím teoretickým předpovědím," řekl Kálosi. "Naše měření poskytují první experimentální test existujících teoretických předpovědí.Očekáváme, že budoucí výpočty se zaměří více na možné účinky srážek elektronů na populace s nejnižší energetickou hladinou v chladných, izolovaných kvantových systémech.
Kromě prvního potvrzení teoretických předpovědí v experimentálním prostředí může mít nedávná práce této skupiny výzkumníků důležité výzkumné důsledky. Například jejich zjištění naznačují, že měření rychlosti změny kvantové energie způsobené elektrony by mohlo být zásadní při analýze slabých signálů molekul ve vesmíru detekovaných radioteleskopy nebo chemické reaktivity v tenkém a studeném plazmatu.
V budoucnu by tento článek mohl připravit cestu pro nové teoretické studie, které blíže zvažují vliv srážek elektronů na obsazení rotačních kvantových energetických hladin v chladných molekulách. To by mohlo pomoci zjistit, kde mají srážky elektronů nejsilnější účinek. je možné provádět podrobnější experimenty v terénu.
„V kryogenním skladovacím prstenci plánujeme zavést všestrannější laserovou technologii pro sondování úrovní rotační energie více dvouatomových a víceatomových molekulárních druhů,“ dodává Kálosi.“ To připraví cestu pro studie kolizí elektronů s použitím velkého množství dalších molekulárních iontů. .Laboratorní měření tohoto typu budou nadále doplňována, zejména v pozorovací astronomii pomocí výkonných observatoří, jako je Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array v Chile.“
Pokud narazíte na pravopisné chyby, nepřesnosti nebo chcete odeslat žádost o úpravu obsahu této stránky, použijte prosím tento formulář. Pro obecné dotazy použijte náš kontaktní formulář. Pro obecnou zpětnou vazbu použijte sekci veřejných komentářů níže (následujte prosím pokyny).
Vaše zpětná vazba je pro nás důležitá. Vzhledem k množství zpráv však nezaručujeme individuální odpovědi.
Vaše e-mailová adresa slouží pouze k tomu, aby bylo příjemcům sděleno, kdo e-mail odeslal. Vaše adresa ani adresa příjemce nebudou použity k žádnému jinému účelu. Údaje, které zadáte, se objeví ve vašem e-mailu a Phys.org je v žádném případě neuchová. formulář.
Nechte si doručovat týdenní a/nebo denní aktualizace do vaší schránky. Z odběru se můžete kdykoli odhlásit a vaše údaje nikdy nesdělíme třetím stranám.
Tento web používá soubory cookie k usnadnění navigace, analýze vašeho používání našich služeb, shromažďování údajů pro personalizaci reklam a poskytování obsahu od třetích stran. Používáním našich webových stránek potvrzujete, že jste si přečetli a porozuměli našim zásadám ochrany osobních údajů a podmínkám použití.
Čas odeslání: 28. června 2022