Когато е свободен в студено пространство, молекулата ще се охлади спонтанно, като забави въртенето си и губи ротационна енергия при квантови преходи. Физиците са показали, че този ротационен процес на охлаждане може да бъде ускорен, забавен или дори обърнат от сблъсъци на молекули с заобикалящи частици .googletag.cmd.push (функция () {googletag.display ('div-gpt-ad-1449240174198-2 ′);});
Изследователи от Института за ядрена физика на Макс-Планк в Германия и астрофизичната лаборатория на Колумбия наскоро проведоха експеримент, насочен към измерване на квантовите преходни скорости, причинени от сблъсъци между молекулите и електроните. Резултатите от тях, публикувани във физическите прегледа, предоставят първите експериментални доказателства. от това съотношение, което преди това е оценено само теоретично.
„Когато електроните и молекулните йони присъстват в слабо йонизиран газ, най-ниската популация на молекули на квантово ниво може да се промени по време на сблъсъци“, каза Абел Калоси, един от изследователите, провеждали изследването, каза на Phys.org. “Пример за това за това Процесът е в междузвездни облаци, където наблюденията показват, че молекулите са предимно в най -ниските си квантови състояния.Привличането между отрицателно заредени електрони и положително заредените молекулярни йони прави процеса на сблъсък на електроните особено ефективен. "
От години физиците се опитват теоретично да определят колко силно свободни електрони взаимодействат с молекулите по време на сблъсъци и в крайна сметка променят ротационното си състояние. Въпреки това, досега техните теоретични прогнози не са тествани в експериментална обстановка.
„Досега не са направени измервания, които да се определи валидността на промяната в нивата на ротационна енергия за дадена плътност и температура на електрон“, обяснява Калоси.
За да съберат това измерване, Калоси и неговите колеги доведоха изолирани заредени молекули в близък контакт с електрони при температури около 25 Келвин. Това им позволи да тестват експериментално теоретични предположения и прогнози, посочени в предишни работи.
In their experiments, the researchers used a cryogenic storage ring at the Max-Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg, Germany, designed for species-selective molecular ion beams.In this ring, molecules move in racetrack-like orbits in a cryogenic volume that се изпразва до голяма степен от всякакви други фонови газове.
„В криогенния пръстен съхраняваните йони могат да се охлаждат радиално до температурата на стените на пръстена, като се получава йони, запълнени на най -ниските нива на квантови“, обяснява Калоси. “Криогенни пръстени за съхранение наскоро са построени в няколко страни, но нашето съоръжение е Единственият оборудван със специално проектиран електронен лъч, който може да бъде насочен към контакт с молекулярни йони.Йоните се съхраняват в продължение на няколко минути в този пръстен, лазер се използва за разпит на въртящата се енергия на молекулните йони. "
Избирайки специфична оптична дължина на вълната за своя лазер на сондата, екипът може да унищожи малка част от съхраняваните йони, ако техните нива на въртяща се енергия съвпадат с тази дължина на вълната. След това откриха фрагменти от разрушените молекули, за да получат така наречените спектрални сигнали.
Екипът събра своите измервания в присъствието и отсъствието на електронни сблъсъци. Това им позволи да открият промени в хоризонталната популация при условия с ниска температура, определени в експеримента.
„За да се измери процесът на сблъсъци, променящи ротационните състояния, е необходимо да се гарантира, че има само най-ниското ниво на ротационна енергия в молекулярния йон“, каза Калоси. “Следователно в лабораторни експерименти молекулните йони трябва да се съхраняват в изключително студени студени Обеми, използвайки криогенно охлаждане до температури доста под стайната температура, която често е близо до 300 келвин.В този обем молекулите могат да бъдат изолирани от повсеместни молекули, инфрачервено термично излъчване на нашата среда. "
В своите експерименти Калоси и неговите колеги успяха да постигнат експериментални условия, при които електронните сблъсъци доминират в радиационни преходи. Като използвайки достатъчно електрони, те биха могли да събират количествени измервания на електронните сблъсъци с CH+ молекулярни йони.
„Установихме, че индуцираната от електрон ротационен скорост на преход съвпада с предишните теоретични прогнози“, каза Калоси. “Нашите измервания осигуряват първия експериментален тест на съществуващите теоретични прогнози.Предвиждаме, че бъдещите изчисления ще се съсредоточат повече върху възможните ефекти на електронните сблъсъци върху най-ниските популации на енергийно ниво в студени, изолирани квантови системи. "
В допълнение към потвърждаването на теоретичните прогнози в експериментална обстановка за първи път, неотдавнашната работа на тази група изследователи може да има важни последици за изследването. Например, техните открития предполагат, че измерването на електронната скорост на промяна в нивата на квантовата енергия може да бъде От решаващо значение при анализиране на слабите сигнали на молекулите в пространството, открити чрез радио телескопи или химическа реактивност в тънки и студени плазми.
In the future, this paper could pave the way for new theoretical studies that more closely consider the effect of electron collisions on the occupation of rotational quantum energy levels in cold molecules.This could help to figure out where electron collisions have the strongest effect, making Възможно е да се проведат по -подробни експерименти в областта.
„В криогенния пръстен за съхранение планираме да въведем по -универсална лазерна технология за изследване на ротационните енергийни нива на по -диатомични и полиатомни молекулярни видове“, добавя Калоси. “Това ще проправи пътя за проучвания на електронния сблъсък, използвайки голям брой допълнителни молекулярни йони .Лабораторните измервания от този тип ще продължат да се допълват, особено в наблюдателната астрономия, използвайки мощни обсерватории като Atacama голям милиметър/субмилиметров масив в Чили.”
Моля, използвайте този формуляр, ако срещнете правописни грешки, неточности или искате да изпратите заявка за редактиране на съдържанието на тази страница. За общи запитвания, моля, използвайте нашия формуляр за контакт. За обща обратна връзка, моля, използвайте секцията за публични коментари по -долу (моля, следвайте Насоките).
Вашата обратна връзка е важна за нас. Въпреки това, поради обема на съобщенията, ние не гарантираме индивидуални отговори.
Вашият имейл адрес се използва само за да уведомите получателите, които са изпратили имейла. Нито вашият адрес, нито адресът на получателя ще бъдат използвани за всяка друга цел. Информацията, която въвеждате форма.
Вземете седмични и/или ежедневни актуализации, доставени във входящата ви поща. Можете да се отпишете по всяко време и ние никога няма да споделим вашите данни с трети страни.
Този уебсайт използва бисквитки, за да подпомогне навигацията, да анализира използването на нашите услуги, да събира данни за персонализиране на рекламата и да обслужва съдържание от трети страни. Когато използвайки нашия уебсайт, вие потвърждавате, че сте прочели и разбрали нашата Политика за поверителност и Условия за ползване.
Време на публикуване: 28 юни 2022 г