Wanneer dit vry is in koue ruimte, sal die molekule spontaan afkoel deur sy rotasie te vertraag en rotasie-energie in kwantumoorgange te verloor.Fisici het getoon dat hierdie rotasieverkoelingsproses versnel, vertraag of selfs omgekeer kan word deur botsings van molekules met omliggende deeltjies .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Navorsers by die Max-Planck Instituut vir Kernfisika in Duitsland en die Columbia Astrophysical Laboratory het onlangs 'n eksperiment uitgevoer wat daarop gemik was om die kwantumoorgangstempo's te meet wat veroorsaak word deur botsings tussen molekules en elektrone. Hul bevindinge, gepubliseer in Physical Review Letters, verskaf die eerste eksperimentele bewyse van hierdie verhouding, wat voorheen net teoreties beraam is.
"Wanneer elektrone en molekulêre ione teenwoordig is in 'n swak geïoniseerde gas, kan die laagste kwantumvlak populasie van molekules tydens botsings verander," het Ábel Kálosi, een van die navorsers wat die studie gedoen het, aan Phys.org gesê. "'n Voorbeeld hiervan proses is in interstellêre wolke, waar waarnemings toon dat molekules oorwegend in hul laagste kwantumtoestande is.Die aantrekkingskrag tussen negatief gelaaide elektrone en positief gelaaide molekulêre ione maak die elektronbotsingsproses besonder doeltreffend.”
Fisici probeer al jare lank om teoreties vas te stel hoe sterk vry elektrone tydens botsings met molekules in wisselwerking tree en uiteindelik hul rotasietoestand verander. Tot dusver is hul teoretiese voorspellings egter nie in 'n eksperimentele omgewing getoets nie.
"Tot nou toe is geen metings gedoen om die geldigheid van die verandering in rotasie-energievlakke vir 'n gegewe elektrondigtheid en temperatuur te bepaal nie," verduidelik Kálosi.
Om hierdie meting te versamel, het Kálosi en sy kollegas geïsoleerde gelaaide molekules in noue kontak met elektrone by temperature rondom 25 Kelvin gebring. Dit het hulle in staat gestel om teoretiese aannames en voorspellings wat in vorige werke uiteengesit is, eksperimenteel te toets.
In hul eksperimente het die navorsers 'n kriogene stoorring by die Max-Planck Instituut vir Kernfisika in Heidelberg, Duitsland, gebruik wat ontwerp is vir spesie-selektiewe molekulêre ioonstrale. In hierdie ring beweeg molekules in renbaanagtige bane in 'n kriogene volume wat word grootliks van enige ander agtergrondgasse leeggemaak.
"In 'n kriogene ring kan gestoorde ione radiatief afgekoel word tot die temperatuur van die ringmure, wat ione op die laagste paar kwantumvlakke lewer," verduidelik Kálosi." Kriogeniese stoorringe is onlangs in verskeie lande gebou, maar ons fasiliteit is die enigste een toegerus met 'n spesiaal ontwerpte elektronstraal wat in kontak met molekulêre ione gerig kan word.Die ione word vir 'n paar minute in hierdie ring gestoor, 'n laser word gebruik om die rotasie-energie van molekulêre ione te ondersoek."
Deur 'n spesifieke optiese golflengte vir sy sondelaser te kies, kan die span 'n klein fraksie van die gestoorde ione vernietig as hul rotasie-energievlakke by daardie golflengte ooreenstem. Hulle het toe fragmente van die ontwrigte molekules opgespoor om sogenaamde spektrale seine te verkry.
Die span het hul metings ingesamel in die teenwoordigheid en afwesigheid van elektronbotsings. Dit het hulle in staat gestel om veranderinge in die horisontale bevolking op te spoor onder die lae temperatuur toestande wat in die eksperiment gestel is.
"Om die proses van rotasietoestand-veranderende botsings te meet, is dit nodig om te verseker dat daar net die laagste rotasie-energievlak in die molekulêre ioon is," het Kálosi gesê. volumes, met behulp van kriogene verkoeling tot temperature ver onder kamertemperatuur, wat dikwels naby 300 Kelvin is.In hierdie volume kan molekules geïsoleer word van alomteenwoordige molekules, infrarooi termiese bestraling van ons omgewing.”
In hul eksperimente kon Kálosi en sy kollegas eksperimentele toestande bereik waarin elektronbotsings stralingsoorgange oorheers. Deur genoeg elektrone te gebruik, kon hulle kwantitatiewe metings van elektronbotsings met CH+ molekulêre ione versamel.
"Ons het gevind dat die elektron-geïnduseerde rotasie-oorgangstempo ooreenstem met vorige teoretiese voorspellings," het Kálosi gesê. "Ons metings verskaf die eerste eksperimentele toets van bestaande teoretiese voorspellings.Ons verwag dat toekomstige berekeninge meer sal fokus op die moontlike uitwerking van elektronbotsings op die laagste energievlak populasies in koue, geïsoleerde kwantumstelsels.”
Benewens die bevestiging van teoretiese voorspellings in 'n eksperimentele omgewing vir die eerste keer, kan die onlangse werk van hierdie groep navorsers belangrike navorsingsimplikasies hê. Hulle bevindinge dui byvoorbeeld daarop dat die meting van die elektrongeïnduseerde tempo van verandering in kwantumenergievlakke kan wees deurslaggewend wanneer die swak seine van molekules in die ruimte ontleed word wat deur radioteleskope of chemiese reaktiwiteit in dun en koue plasmas opgespoor word.
In die toekoms kan hierdie vraestel die weg baan vir nuwe teoretiese studies wat die effek van elektronbotsings op die besetting van rotasie-kwantum-energievlakke in koue molekules nader oorweeg. Dit kan help om uit te vind waar elektronbotsings die sterkste effek het, wat maak dit moontlik om meer gedetailleerde eksperimente in die veld uit te voer.
"In die kryogeniese stoorring beplan ons om meer veelsydige lasertegnologie in te stel om die rotasie-energievlakke van meer diatomiese en poliatomiese molekulêre spesies te ondersoek," voeg Kálosi by." Dit sal die weg baan vir elektronbotsingstudies deur groot getalle addisionele molekulêre ione te gebruik .Laboratoriummetings van hierdie tipe sal voortgaan om aangevul te word, veral in waarnemingsterronomie met behulp van kragtige sterrewagte soos die Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array in Chili.”
Gebruik asseblief hierdie vorm as jy spelfoute, onakkuraathede teëkom, of 'n wysigingsversoek vir die inhoud van hierdie bladsy wil stuur. Vir algemene navrae, gebruik asseblief ons kontakvorm. Vir algemene terugvoer, gebruik asseblief die publieke kommentaar afdeling hieronder (volg asseblief die riglyne).
Jou terugvoer is vir ons belangrik. Weens die hoeveelheid boodskappe waarborg ons egter nie individuele antwoorde nie.
Jou e-posadres word slegs gebruik om ontvangers te laat weet wie die e-pos gestuur het. Nóg jou adres óf die ontvanger se adres sal vir enige ander doel gebruik word nie. Die inligting wat jy invoer sal in jou e-pos verskyn en sal nie deur Phys.org in enige vorm.
Kry weeklikse en/of daaglikse opdaterings by jou inkassie afgelewer. Jy kan enige tyd uitteken en ons sal nooit jou besonderhede met derde partye deel nie.
Hierdie webwerf gebruik koekies om met navigasie te help, jou gebruik van ons dienste te ontleed, data vir advertensieverpersoonliking in te samel en inhoud van derde partye te bedien. Deur ons webwerf te gebruik, erken jy dat jy ons Privaatheidsbeleid en Gebruiksvoorwaardes gelees en verstaan het.
Pos tyd: Jun-28-2022