Cando está libre no espazo frío, a molécula arrefriarase espontaneamente ralentizando a súa rotación e perdendo enerxía de rotación nas transicións cuánticas. Os físicos demostraron que este proceso de arrefriamento rotacional pode acelerarse, ralentizarse ou mesmo invertirse por colisións de moléculas coas partículas circundantes. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Investigadores do Instituto Max-Planck de Física Nuclear de Alemaña e do Laboratorio de Astrofísica de Columbia realizaron recentemente un experimento destinado a medir as taxas de transición cuántica causadas polas colisións entre moléculas e electróns. Os seus descubrimentos, publicados en Physical Review Letters, proporcionan a primeira evidencia experimental. deste ratio, que antes só se estimaba teoricamente.
"Cando os electróns e os ións moleculares están presentes nun gas débilmente ionizado, a poboación de moléculas de nivel cuántico máis baixo pode cambiar durante as colisións", dixo Ábel Kálosi, un dos investigadores que levou a cabo o estudo, a Phys.org. "Un exemplo diso. O proceso é nas nubes interestelares, onde as observacións mostran que as moléculas están predominantemente nos seus estados cuánticos máis baixos.A atracción entre electróns cargados negativamente e ións moleculares cargados positivamente fai que o proceso de colisión de electróns sexa particularmente eficiente.
Durante anos, os físicos tentaron determinar teoricamente como interactúan os electróns libres coas moléculas durante as colisións e, finalmente, cambian o seu estado de rotación. Non obstante, ata agora, as súas predicións teóricas non se probaron nun contexto experimental.
"Ata agora, non se fixeron medicións para determinar a validez do cambio nos niveis de enerxía rotacional para unha densidade de electróns e unha temperatura determinadas", explica Kálosi.
Para recoller esta medida, Kálosi e os seus colegas puxeron en estreito contacto moléculas cargadas illadas con electróns a temperaturas arredor dos 25 Kelvin. Isto permitiulles probar experimentalmente as suposicións teóricas e as predicións descritas en traballos anteriores.
Nos seus experimentos, os investigadores utilizaron un anel de almacenamento crioxénico do Instituto Max-Planck de Física Nuclear de Heidelberg, Alemaña, deseñado para feixes de ións moleculares selectivos de especies. Neste anel, as moléculas móvense en órbitas similares a pistas de carreiras nun volume crioxénico que está en gran parte baleirado de calquera outro gas de fondo.
"Nun anel crioxénico, os ións almacenados poden arrefriarse radiativamente á temperatura das paredes do anel, producindo ións cheos nos niveis cuánticos máis baixos", explica Kálosi. "Recentemente construíronse aneis de almacenamento crioxénico en varios países, pero a nosa instalación está o único equipado cun feixe de electróns especialmente deseñado que se pode dirixir en contacto con ións moleculares.Os ións almacénanse durante varios minutos neste anel, utilízase un láser para interrogar a enerxía de rotación dos ións moleculares.
Ao escoller unha lonxitude de onda óptica específica para a súa sonda láser, o equipo podería destruír unha pequena fracción dos ións almacenados se os seus niveis de enerxía de rotación coincidían con esa lonxitude de onda. Despois detectaron fragmentos das moléculas interrompidas para obter os chamados sinais espectrais.
O equipo recolleu as súas medicións en presenza e ausencia de colisións electrónicas. Isto permitiulles detectar cambios na poboación horizontal nas condicións de baixa temperatura establecidas no experimento.
"Para medir o proceso de colisións que cambian de estado de rotación, é necesario asegurarse de que só hai o nivel de enerxía de rotación máis baixo no ión molecular", dixo Kálosi. volumes, usando arrefriamento crioxénico a temperaturas moi por debaixo da temperatura ambiente, que adoita estar preto dos 300 Kelvin.Neste volume, as moléculas pódense illar de moléculas ubicuas, a radiación térmica infravermella do noso medio.
Nos seus experimentos, Kálosi e os seus colegas puideron acadar condicións experimentais nas que as colisións electrónicas dominan as transicións radiativas. Ao usar suficientes electróns, puideron recoller medidas cuantitativas de colisións electrónicas con ións moleculares CH+.
"Descubrimos que a taxa de transición de rotación inducida por electróns coincide coas predicións teóricas anteriores", dixo Kálosi. "As nosas medicións proporcionan a primeira proba experimental das predicións teóricas existentes.Prevemos que os cálculos futuros centraranse máis nos posibles efectos das colisións electrónicas nas poboacións de menor nivel de enerxía en sistemas cuánticos fríos e illados.
Ademais de confirmar as predicións teóricas nun contexto experimental por primeira vez, o traballo recente deste grupo de investigadores pode ter importantes implicacións de investigación. Por exemplo, os seus descubrimentos suxiren que medir a taxa de cambio inducida por electróns nos niveis de enerxía cuántica podería ser crucial á hora de analizar os sinais débiles de moléculas no espazo detectados por radiotelescopios ou a reactividade química en plasmas finos e fríos.
No futuro, este traballo podería allanar o camiño para novos estudos teóricos que consideren máis de cerca o efecto das colisións electrónicas na ocupación dos niveis de enerxía cuántica rotacional en moléculas frías. Isto podería axudar a descubrir onde as colisións electrónicas teñen o efecto máis forte, facendo posible realizar experimentos máis detallados no campo.
"No anel de almacenamento crioxénico, planeamos introducir unha tecnoloxía láser máis versátil para probar os niveis de enerxía rotacional de especies moleculares máis diatómicas e poliatómicas", engade Kálosi. .As medicións de laboratorio deste tipo seguiranse complementando, especialmente na astronomía observacional mediante observatorios potentes como o Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array en Chile.”
Utiliza este formulario se atopas erros ortográficos, inexactitudes ou queres enviar unha solicitude de edición para o contido desta páxina. Para consultas xerais, utiliza o noso formulario de contacto. Para comentarios xerais, utiliza a sección de comentarios públicos a continuación (sigue as directrices).
Os teus comentarios son importantes para nós. Non obstante, debido ao volume de mensaxes, non garantimos respostas individuais.
O teu enderezo de correo electrónico só se utiliza para informar aos destinatarios de quen enviou o correo electrónico. Nin o teu enderezo nin o enderezo do destinatario se utilizarán para ningún outro propósito. A información que introduza aparecerá no teu correo electrónico e Phys.org non a conservará en ningún caso. forma.
Recibe actualizacións semanais e/ou diarias na túa caixa de entrada. Podes cancelar a subscrición en calquera momento e nunca compartiremos os teus datos con terceiros.
Este sitio web usa cookies para axudar na navegación, analizar o uso que fai dos nosos servizos, recompilar datos para a personalización da publicidade e servir contido de terceiros. Ao usar o noso sitio web, recoñeces que liches e entendes a nosa Política de privacidade e as Condicións de uso.
Hora de publicación: 28-Xun-2022