تم قياس التبريد الدوراني لتصادم الجزيئات الأيونية والإلكترون باستخدام تقنية الليزر

عندما يكون حرًا في الفضاء البارد ، يبرد الجزيء تلقائيًا عن طريق إبطاء دورانه وفقدان طاقة الدوران في التحولات الكمومية ، وقد أظهر الفيزيائيون أن عملية التبريد الدوراني هذه يمكن تسريعها أو إبطائها أو حتى عكسها عن طريق تصادم الجزيئات مع الجسيمات المحيطة. .googletag.cmd.push (function () {googletag.display ('div-gpt-ad-1449240174198-2 ′)؛})؛
أجرى باحثون في معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية في ألمانيا ومختبر كولومبيا للفيزياء الفلكية مؤخرًا تجربة تهدف إلى قياس معدلات الانتقال الكمي الناتجة عن الاصطدامات بين الجزيئات والإلكترونات ، حيث قدمت نتائجهم المنشورة في مجلة Physical Review Letters ، أول دليل تجريبي من هذه النسبة ، والتي تم تقديرها سابقًا فقط نظريًا.
قال أوبل كالوسي ، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة ، لموقع Phys.org: "عند وجود الإلكترونات والأيونات الجزيئية في غاز مؤين ضعيفًا ، يمكن أن يتغير أدنى مستوى كمي من الجزيئات أثناء التصادم". تتم العملية في السحب البينجمية ، حيث تظهر الملاحظات أن الجزيئات في الغالب في أدنى حالاتها الكمومية.إن التجاذب بين الإلكترونات سالبة الشحنة والأيونات الجزيئية موجبة الشحنة يجعل عملية تصادم الإلكترونات فعالة بشكل خاص. "
لسنوات ، حاول الفيزيائيون تحديد مدى قوة تفاعل الإلكترونات الحرة مع الجزيئات أثناء الاصطدام نظريًا وتغيير حالة دورانها في النهاية ، ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يتم اختبار تنبؤاتهم النظرية في بيئة تجريبية.
يوضح Kálosi: "حتى الآن ، لم يتم إجراء أي قياسات لتحديد مدى صحة التغيير في مستويات الطاقة الدورانية لكثافة إلكترون ودرجة حرارة معينة".
لجمع هذا القياس ، قام كالوسي وزملاؤه بإدخال الجزيئات المشحونة المعزولة في اتصال وثيق مع الإلكترونات عند درجات حرارة حوالي 25 كلفن ، مما سمح لهم باختبار الافتراضات النظرية والتنبؤات الموضحة في الأعمال السابقة بشكل تجريبي.
استخدم الباحثون في تجاربهم حلقة تخزين مبردة في معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية في هايدلبرغ بألمانيا ، مصممة لحزم الأيونات الجزيئية الانتقائية للأنواع ، وفي هذه الحلقة تتحرك الجزيئات في مدارات شبيهة بمضمار السباق في حجم مبرد يتم إفراغه إلى حد كبير من أي غازات خلفية أخرى.
يوضح Kálosi: "في الحلقة المبردة ، يمكن تبريد الأيونات المخزنة إشعاعيًا إلى درجة حرارة جدران الحلقة ، مما ينتج عنه أيونات مملوءة بأدنى مستويات كمية قليلة". الجهاز الوحيد المزود بحزمة إلكترونية مصممة خصيصًا يمكن توجيهها للتلامس مع الأيونات الجزيئية.يتم تخزين الأيونات لعدة دقائق في هذه الحلقة ، ويستخدم الليزر لاستجواب الطاقة الدورانية للأيونات الجزيئية. "
من خلال اختيار طول موجي بصري معين لليزر المسبار الخاص به ، يمكن للفريق تدمير جزء صغير من الأيونات المخزنة إذا كانت مستويات الطاقة الدورانية لديهم تطابق هذا الطول الموجي ، ثم اكتشفوا شظايا من الجزيئات المعطلة للحصول على ما يسمى بالإشارات الطيفية.
جمع الفريق قياساتهم في وجود وغياب تصادمات الإلكترون ، مما سمح لهم باكتشاف التغيرات في التجمعات الأفقية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة المحددة في التجربة.
قال Kálosi: "لقياس عملية التصادمات المتغيرة لحالة الدوران ، من الضروري التأكد من وجود أدنى مستوى طاقة دورانية في الأيونات الجزيئية". ومن ثم ، في التجارب المعملية ، يجب حفظ الأيونات الجزيئية في درجة حرارة شديدة البرودة الأحجام ، باستخدام التبريد المبرد لدرجات حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة ، والتي غالبًا ما تكون قريبة من 300 كلفن.في هذا الحجم ، يمكن عزل الجزيئات عن الجزيئات الموجودة في كل مكان ، والإشعاع الحراري بالأشعة تحت الحمراء لبيئتنا ".
في تجاربهم ، تمكن كالوسي وزملاؤه من تحقيق ظروف تجريبية يهيمن فيها تصادم الإلكترونات على التحولات الإشعاعية ، وباستخدام عدد كافٍ من الإلكترونات ، تمكنوا من جمع قياسات كمية لتصادم الإلكترونات مع أيونات جزيئية CH +.
قال Kálosi: "وجدنا أن معدل الانتقال الدوراني المستحث بالإلكترون يطابق التوقعات النظرية السابقة". وتوفر قياساتنا أول اختبار تجريبي للتنبؤات النظرية الحالية.نتوقع أن تركز الحسابات المستقبلية بشكل أكبر على التأثيرات المحتملة لتصادم الإلكترونات على المجموعات السكانية الأقل مستوى للطاقة في الأنظمة الكمومية المعزولة والباردة ".
بالإضافة إلى تأكيد التنبؤات النظرية في بيئة تجريبية لأول مرة ، قد يكون للعمل الأخير لهذه المجموعة من الباحثين آثار بحثية مهمة ، على سبيل المثال ، تشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن قياس معدل التغير الناجم عن الإلكترون في مستويات الطاقة الكمومية يمكن أن يكون مفيدًا. حاسمة عند تحليل الإشارات الضعيفة للجزيئات في الفضاء المكتشفة بواسطة التلسكوبات الراديوية أو التفاعل الكيميائي في البلازما الرقيقة والباردة.
في المستقبل ، يمكن لهذه الورقة أن تمهد الطريق لدراسات نظرية جديدة تنظر عن كثب في تأثير تصادم الإلكترونات على احتلال مستويات الطاقة الكمومية الدورانية في الجزيئات الباردة ، وهذا يمكن أن يساعد في معرفة أين يكون لاصطدام الإلكترون أقوى تأثير ، مما يجعل من الممكن إجراء تجارب أكثر تفصيلاً في هذا المجال.
يضيف Kálosi: "في حلقة التخزين المبردة ، نخطط لإدخال تقنية ليزر أكثر تنوعًا لاستكشاف مستويات الطاقة الدورانية لأنواع جزيئية ثنائية الذرات ومتعددة الذرات". وهذا سيمهد الطريق لدراسات تصادم الإلكترونات باستخدام أعداد كبيرة من الأيونات الجزيئية الإضافية .سيستمر استكمال القياسات المختبرية من هذا النوع ، لا سيما في علم الفلك الرصدي باستخدام مراصد قوية مثل مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمتر في تشيلي."
يرجى استخدام هذا النموذج إذا واجهت أخطاء إملائية أو عدم دقة أو تريد إرسال طلب تعديل لمحتوى هذه الصفحة. للاستفسارات العامة ، يرجى استخدام نموذج الاتصال الخاص بنا. للحصول على ملاحظات عامة ، يرجى استخدام قسم التعليقات العامة أدناه (يرجى اتباع المبادئ التوجيهية).
ملاحظاتك مهمة بالنسبة لنا ، ومع ذلك ، نظرًا لحجم الرسائل ، لا نضمن الردود الفردية.
يتم استخدام عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإعلام المستلمين بمن أرسل البريد الإلكتروني ، ولن يتم استخدام عنوانك أو عنوان المستلم لأي غرض آخر ، وستظهر المعلومات التي تدخلها في بريدك الإلكتروني ولن يتم الاحتفاظ بها بواسطة موقع Phys.org في أي غرض آخر. شكل.
احصل على تحديثات أسبوعية و / أو يومية يتم تسليمها إلى صندوق الوارد الخاص بك. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت ولن نشارك بياناتك مع أطراف ثالثة أبدًا.
يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط للمساعدة في التنقل ، وتحليل استخدامك لخدماتنا ، وجمع البيانات لتخصيص الإعلانات ، وخدمة المحتوى من أطراف ثالثة. باستخدام موقعنا ، فإنك تقر بأنك قد قرأت وفهمت سياسة الخصوصية وشروط الاستخدام الخاصة بنا.