Khi tự do trong không gian lạnh, phân tử sẽ tự động nguội đi bằng cách làm chậm quá trình quay của nó và mất năng lượng quay trong các chuyển đổi lượng tử. Các nhà vật lý đã chỉ ra rằng quá trình làm mát quay này có thể được tăng tốc, giảm tốc độ hoặc thậm chí đảo ngược do va chạm của phân tử với các hạt xung quanh .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Hạt nhân Max-Planck ở Đức và Phòng thí nghiệm Vật lý Thiên văn Columbia gần đây đã tiến hành một thí nghiệm nhằm đo tốc độ chuyển tiếp lượng tử gây ra bởi sự va chạm giữa các phân tử và electron. Phát hiện của họ, được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, cung cấp bằng chứng thực nghiệm đầu tiên của tỷ lệ này, mà trước đây chỉ được ước tính về mặt lý thuyết.
Ábel Kálosi, một trong những nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu, nói với Phys.org: “Khi các electron và ion phân tử có mặt trong chất khí bị ion hóa yếu, quần thể phân tử ở mức lượng tử thấp nhất có thể thay đổi trong quá trình va chạm”. quá trình diễn ra trong các đám mây giữa các vì sao, nơi các quan sát cho thấy các phân tử chủ yếu ở trạng thái lượng tử thấp nhất. Lực hút giữa các electron mang điện tích âm và các ion phân tử mang điện tích dương làm cho quá trình va chạm của các electron trở nên đặc biệt hiệu quả.”
Trong nhiều năm, các nhà vật lý đã cố gắng xác định về mặt lý thuyết các electron tự do tương tác mạnh như thế nào với các phân tử trong quá trình va chạm và cuối cùng làm thay đổi trạng thái quay của chúng. Tuy nhiên, cho đến nay, các dự đoán lý thuyết của họ vẫn chưa được kiểm tra trong môi trường thực nghiệm.
Kálosi giải thích: “Cho đến nay, chưa có phép đo nào được thực hiện để xác định tính đúng đắn của sự thay đổi mức năng lượng quay đối với mật độ và nhiệt độ electron cho trước”.
Để thu thập phép đo này, Kálosi và các đồng nghiệp của ông đã đưa các phân tử tích điện cô lập tiếp xúc gần với các electron ở nhiệt độ khoảng 25 Kelvin. Điều này cho phép họ kiểm tra thực nghiệm các giả định và dự đoán lý thuyết được nêu trong các công trình trước đây.
Trong các thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một vòng lưu trữ đông lạnh tại Viện Vật lý hạt nhân Max-Planck ở Heidelberg, Đức, được thiết kế cho các chùm ion phân tử chọn lọc theo loài. Trong vòng này, các phân tử di chuyển theo quỹ đạo giống như đường đua trong một thể tích đông lạnh. phần lớn được làm trống khỏi bất kỳ loại khí nền nào khác.
Kálosi giải thích: “Trong một vòng đông lạnh, các ion được lưu trữ có thể được làm lạnh bằng bức xạ đến nhiệt độ của thành vòng, tạo ra các ion được lấp đầy ở một số mức lượng tử thấp nhất”. Các vòng lưu trữ đông lạnh gần đây đã được chế tạo ở một số quốc gia, nhưng cơ sở của chúng tôi là thiết bị duy nhất được trang bị chùm tia điện tử được thiết kế đặc biệt có thể hướng tiếp xúc với các ion phân tử. Các ion được lưu trữ trong vài phút trong vòng này, tia laser được sử dụng để thẩm vấn năng lượng quay của các ion phân tử.”
Bằng cách chọn một bước sóng quang cụ thể cho laser thăm dò, nhóm nghiên cứu có thể phá hủy một phần nhỏ các ion được lưu trữ nếu mức năng lượng quay của chúng phù hợp với bước sóng đó. Sau đó, họ phát hiện các mảnh của phân tử bị gián đoạn để thu được cái gọi là tín hiệu quang phổ.
Nhóm nghiên cứu đã thu thập các phép đo của họ khi có và không có sự va chạm của các điện tử. Điều này cho phép họ phát hiện những thay đổi trong quần thể theo chiều ngang trong điều kiện nhiệt độ thấp được đặt ra trong thí nghiệm.
Kálosi cho biết: “Để đo quá trình va chạm làm thay đổi trạng thái quay, cần đảm bảo rằng chỉ có mức năng lượng quay thấp nhất trong ion phân tử”. Do đó, trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, các ion phân tử phải được giữ ở nhiệt độ cực lạnh. thể tích, sử dụng phương pháp làm lạnh đông lạnh đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng, thường gần 300 Kelvin. Trong tập này, các phân tử có thể được tách ra khỏi các phân tử phổ biến, Bức xạ nhiệt hồng ngoại trong môi trường của chúng ta.”
Trong các thí nghiệm của họ, Kálosi và các đồng nghiệp của ông đã có thể đạt được các điều kiện thí nghiệm trong đó va chạm electron chiếm ưu thế trong quá trình chuyển tiếp bức xạ. Bằng cách sử dụng đủ số electron, họ có thể thu thập các phép đo định lượng về va chạm electron với các ion phân tử CH+.
Kálosi cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng tốc độ chuyển tiếp quay do electron gây ra phù hợp với các dự đoán lý thuyết trước đây”. Các phép đo của chúng tôi cung cấp thử nghiệm thực nghiệm đầu tiên về các dự đoán lý thuyết hiện có. Chúng tôi dự đoán rằng các tính toán trong tương lai sẽ tập trung nhiều hơn vào các tác động có thể có của va chạm electron lên các quần thể có mức năng lượng thấp nhất trong các hệ lượng tử cô lập, lạnh lẽo.”
Ngoài việc xác nhận các dự đoán lý thuyết lần đầu tiên trong môi trường thử nghiệm, công trình gần đây của nhóm các nhà nghiên cứu này có thể có ý nghĩa nghiên cứu quan trọng. Ví dụ, những phát hiện của họ cho thấy rằng việc đo tốc độ thay đổi do electron gây ra ở các mức năng lượng lượng tử có thể là rất quan trọng khi phân tích các tín hiệu yếu của các phân tử trong không gian được phát hiện bởi kính thiên văn vô tuyến hoặc phản ứng hóa học trong các plasma mỏng và lạnh.
Trong tương lai, bài báo này có thể mở đường cho các nghiên cứu lý thuyết mới xem xét kỹ hơn tác động của va chạm electron lên sự hình thành các mức năng lượng lượng tử quay trong các phân tử lạnh. Điều này có thể giúp tìm ra nơi nào va chạm electron có tác dụng mạnh nhất, khiến cho có thể tiến hành các thí nghiệm chi tiết hơn trên hiện trường.
Kálosi cho biết thêm: “Trong vòng lưu trữ đông lạnh, chúng tôi dự định giới thiệu công nghệ laser linh hoạt hơn để thăm dò mức năng lượng quay của nhiều loại phân tử hai nguyên tử và đa nguyên tử hơn”. Điều này sẽ mở đường cho các nghiên cứu va chạm điện tử sử dụng số lượng lớn các ion phân tử bổ sung. . Các phép đo trong phòng thí nghiệm thuộc loại này sẽ tiếp tục được bổ sung, đặc biệt là trong thiên văn học quan sát sử dụng các đài quan sát mạnh mẽ như Mảng Millimeter/Submillimet lớn Atacama ở Chile. ”
Vui lòng sử dụng biểu mẫu này nếu bạn gặp lỗi chính tả, thông tin không chính xác hoặc muốn gửi yêu cầu chỉnh sửa nội dung của trang này. Đối với các câu hỏi chung, vui lòng sử dụng biểu mẫu liên hệ của chúng tôi. Để có phản hồi chung, vui lòng sử dụng phần nhận xét công khai bên dưới (vui lòng theo dõi các hướng dẫn).
Phản hồi của bạn rất quan trọng đối với chúng tôi. Tuy nhiên, do số lượng tin nhắn lớn nên chúng tôi không đảm bảo sẽ có phản hồi riêng lẻ.
Địa chỉ email của bạn chỉ được sử dụng để cho người nhận biết ai đã gửi email. Địa chỉ của bạn cũng như địa chỉ của người nhận sẽ không được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào khác. Thông tin bạn nhập sẽ xuất hiện trong email của bạn và sẽ không được Phys.org giữ lại dưới bất kỳ hình thức nào. hình thức.
Nhận thông tin cập nhật hàng tuần và/hoặc hàng ngày được gửi tới hộp thư đến của bạn. Bạn có thể hủy đăng ký bất kỳ lúc nào và chúng tôi sẽ không bao giờ chia sẻ thông tin chi tiết của bạn với bên thứ ba.
Trang web này sử dụng cookie để hỗ trợ điều hướng, phân tích việc bạn sử dụng dịch vụ của chúng tôi, thu thập dữ liệu để cá nhân hóa quảng cáo và phân phối nội dung từ bên thứ ba. Bằng cách sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách quyền riêng tư và Điều khoản sử dụng của chúng tôi.
Thời gian đăng: 28/06/2022