Apabila ia bebas dalam ruang sejuk, molekul akan menyejukkan secara spontan dengan memperlahankan putarannya dan kehilangan tenaga putaran dalam peralihan kuantum. Ahli fizik telah menunjukkan bahawa proses penyejukan putaran ini boleh dipercepatkan, diperlahankan atau malah diterbalikkan oleh perlanggaran molekul dengan zarah sekeliling. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Penyelidik di Institut Max-Planck untuk Fizik Nuklear di Jerman dan Makmal Astrofizik Columbia baru-baru ini menjalankan eksperimen yang bertujuan untuk mengukur kadar peralihan kuantum yang disebabkan oleh perlanggaran antara molekul dan elektron. Penemuan mereka, yang diterbitkan dalam Surat Kajian Fizikal, memberikan bukti eksperimen pertama nisbah ini, yang sebelum ini hanya dianggarkan secara teori.
"Apabila elektron dan ion molekul hadir dalam gas terion lemah, populasi molekul tahap kuantum terendah boleh berubah semasa perlanggaran," kata Ábel Kálosi, salah seorang penyelidik yang menjalankan kajian itu, kepada Phys.org. proses berada dalam awan antara bintang, di mana pemerhatian menunjukkan bahawa molekul kebanyakannya berada dalam keadaan kuantum terendahnya.Daya tarikan antara elektron bercas negatif dan ion molekul bercas positif menjadikan proses perlanggaran elektron sangat berkesan."
Selama bertahun-tahun, ahli fizik telah cuba menentukan secara teori betapa kuatnya elektron bebas berinteraksi dengan molekul semasa perlanggaran dan akhirnya mengubah keadaan putaran mereka. Walau bagaimanapun, setakat ini, ramalan teori mereka belum diuji dalam tetapan eksperimen.
"Sehingga kini, tiada pengukuran telah dibuat untuk menentukan kesahihan perubahan dalam tahap tenaga putaran untuk ketumpatan dan suhu elektron tertentu," jelas Kálosi.
Untuk mengumpul ukuran ini, Kálosi dan rakan-rakannya membawa molekul bercas terpencil ke dalam hubungan rapat dengan elektron pada suhu sekitar 25 Kelvin. Ini membolehkan mereka menguji andaian teori dan ramalan secara eksperimen yang digariskan dalam karya terdahulu.
Dalam eksperimen mereka, para penyelidik menggunakan cincin penyimpanan kriogenik di Institut Max-Planck untuk Fizik Nuklear di Heidelberg, Jerman, yang direka untuk rasuk ion molekul selektif spesies. Dalam cincin ini, molekul bergerak dalam orbit seperti trek lumba dalam jumlah kriogenik yang sebahagian besarnya dikosongkan daripada sebarang gas latar yang lain.
"Dalam gelang kriogenik, ion tersimpan boleh disejukkan secara radiasi kepada suhu dinding gelang, menghasilkan ion terisi pada beberapa tahap kuantum paling rendah," jelas Kálosi." Gelang simpanan kriogenik baru-baru ini dibina di beberapa negara, tetapi kemudahan kami adalah satu-satunya yang dilengkapi dengan pancaran elektron yang direka khas yang boleh diarahkan kepada sentuhan dengan ion molekul.Ion disimpan selama beberapa minit dalam cincin ini, laser digunakan untuk menyoal siasat tenaga putaran ion molekul.
Dengan memilih panjang gelombang optik khusus untuk laser probenya, pasukan itu boleh memusnahkan sebahagian kecil ion yang disimpan jika tahap tenaga putaran mereka sepadan dengan panjang gelombang tersebut. Mereka kemudiannya mengesan serpihan molekul yang terganggu untuk mendapatkan isyarat spektrum yang dipanggil.
Pasukan mengumpul ukuran mereka dalam kehadiran dan ketiadaan perlanggaran elektron. Ini membolehkan mereka mengesan perubahan dalam populasi mendatar di bawah keadaan suhu rendah yang ditetapkan dalam eksperimen.
"Untuk mengukur proses perlanggaran perubahan keadaan putaran, adalah perlu untuk memastikan bahawa hanya terdapat tahap tenaga putaran terendah dalam ion molekul," kata Kálosi. "Oleh itu, dalam eksperimen makmal, ion molekul mesti disimpan dalam keadaan yang sangat sejuk. isipadu, menggunakan penyejukan kriogenik kepada suhu jauh di bawah suhu bilik, yang selalunya hampir 300 Kelvin.Dalam volum ini, molekul boleh diasingkan daripada molekul di mana-mana, sinaran haba inframerah persekitaran kita."
Dalam eksperimen mereka, Kálosi dan rakan-rakannya dapat mencapai keadaan eksperimen di mana perlanggaran elektron mendominasi peralihan radiasi. Dengan menggunakan elektron yang mencukupi, mereka boleh mengumpul ukuran kuantitatif perlanggaran elektron dengan ion molekul CH+.
"Kami mendapati bahawa kadar peralihan putaran yang disebabkan oleh elektron sepadan dengan ramalan teori sebelumnya," kata Kálosi." Pengukuran kami menyediakan ujian percubaan pertama bagi ramalan teori sedia ada.Kami menjangkakan bahawa pengiraan masa depan akan lebih menumpukan pada kemungkinan kesan perlanggaran elektron pada populasi tahap tenaga terendah dalam sistem kuantum yang sejuk dan terpencil."
Di samping mengesahkan ramalan teori dalam persekitaran eksperimen buat kali pertama, kerja terbaru kumpulan penyelidik ini mungkin mempunyai implikasi penyelidikan yang penting. Contohnya, penemuan mereka mencadangkan bahawa mengukur kadar perubahan yang disebabkan oleh elektron dalam tahap tenaga kuantum boleh penting apabila menganalisis isyarat lemah molekul di angkasa lepas yang dikesan oleh teleskop radio atau kereaktifan kimia dalam plasma nipis dan sejuk.
Pada masa hadapan, kertas kerja ini boleh membuka jalan kepada kajian teori baharu yang mempertimbangkan dengan lebih teliti kesan perlanggaran elektron ke atas pendudukan tahap tenaga kuantum putaran dalam molekul sejuk. Ini boleh membantu untuk mengetahui di mana perlanggaran elektron mempunyai kesan paling kuat, menjadikan adalah mungkin untuk menjalankan eksperimen yang lebih terperinci di lapangan.
"Dalam cincin storan kriogenik, kami merancang untuk memperkenalkan teknologi laser yang lebih serba boleh untuk menyiasat tahap tenaga putaran spesies molekul diatomik dan poliatomik yang lebih banyak," tambah Kálosi." Ini akan membuka jalan untuk kajian perlanggaran elektron menggunakan sejumlah besar ion molekul tambahan .Pengukuran makmal jenis ini akan terus dilengkapkan, terutamanya dalam astronomi pemerhatian menggunakan balai cerap berkuasa seperti Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array di Chile.”
Sila gunakan borang ini jika anda menghadapi ralat ejaan, ketidaktepatan atau ingin menghantar permintaan edit untuk kandungan halaman ini. Untuk pertanyaan umum, sila gunakan borang hubungan kami. Untuk maklum balas umum, sila gunakan bahagian ulasan awam di bawah (sila ikuti garis panduan).
Maklum balas anda adalah penting bagi kami. Walau bagaimanapun, disebabkan jumlah mesej, kami tidak menjamin respons individu.
Alamat e-mel anda hanya digunakan untuk memberitahu penerima siapa yang menghantar e-mel. Baik alamat anda mahupun alamat penerima tidak akan digunakan untuk tujuan lain. Maklumat yang anda masukkan akan dipaparkan dalam e-mel anda dan tidak akan disimpan oleh Phys.org dalam mana-mana bentuk.
Dapatkan kemas kini mingguan dan/atau harian dihantar ke peti masuk anda. Anda boleh berhenti melanggan pada bila-bila masa dan kami tidak akan berkongsi butiran anda dengan pihak ketiga.
Laman web ini menggunakan kuki untuk membantu navigasi, menganalisis penggunaan perkhidmatan kami, mengumpul data untuk pemperibadian pengiklanan, dan menyampaikan kandungan daripada pihak ketiga. Dengan menggunakan tapak web kami, anda mengakui bahawa anda telah membaca dan memahami Dasar Privasi dan Syarat Penggunaan kami.
Masa siaran: Jun-28-2022