Pan fydd yn rhydd mewn gofod oer, bydd y moleciwl yn oeri yn ddigymell trwy arafu ei gylchdroi a cholli egni cylchdro mewn trawsnewidiadau cwantwm. Mae ffisegwyr wedi dangos y gellir cyflymu, arafu neu hyd yn oed wrthdroi'r broses oeri cylchdro hon gan wrthdrawiadau moleciwlau â gronynnau cyfagos .googletag.cmd.push(swyddogaeth() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Yn ddiweddar, cynhaliodd ymchwilwyr yn Sefydliad Max-Planck ar gyfer Ffiseg Niwclear yn yr Almaen a Labordy Astroffisegol Columbia arbrawf gyda'r nod o fesur y cyfraddau trawsnewid cwantwm a achosir gan wrthdrawiadau rhwng moleciwlau ac electronau. Mae eu canfyddiadau, a gyhoeddwyd yn Physical Review Letters, yn darparu'r dystiolaeth arbrofol gyntaf o'r gymhareb hon, sydd wedi'i hamcangyfrif yn ddamcaniaethol yn unig yn flaenorol.
“Pan mae electronau ac ïonau moleciwlaidd yn bresennol mewn nwy sydd wedi’i ïoneiddio’n wan, gall y boblogaeth lefel cwantwm isaf o foleciwlau newid yn ystod gwrthdrawiadau,” meddai Ábel Kálosi, un o’r ymchwilwyr a gynhaliodd yr astudiaeth, wrth Phys.org.” Enghraifft o hyn mae'r broses mewn cymylau rhyngserol, lle mae arsylwadau'n dangos bod moleciwlau yn bennaf yn eu cyflyrau cwantwm isaf.Mae’r atyniad rhwng electronau â gwefr negatif ac ïonau moleciwlaidd â gwefr bositif yn gwneud y broses gwrthdrawiadau electronau yn arbennig o effeithlon.”
Ers blynyddoedd, mae ffisegwyr wedi bod yn ceisio pennu'n ddamcaniaethol pa mor gryf y mae electronau rhydd yn rhyngweithio â moleciwlau yn ystod gwrthdrawiadau ac yn y pen draw yn newid eu cyflwr cylchdro. Fodd bynnag, hyd yn hyn, nid yw eu rhagfynegiadau damcaniaethol wedi'u profi mewn lleoliad arbrofol.
“Hyd yn hyn, ni wnaed unrhyw fesuriadau i bennu dilysrwydd y newid mewn lefelau egni cylchdro ar gyfer dwysedd a thymheredd electronau penodol,” eglura Kálosi.
I gasglu'r mesuriad hwn, daeth Kálosi a'i gydweithwyr â moleciwlau gwefredig ynysig i gysylltiad agos ag electronau ar dymheredd o gwmpas 25 Kelvin. Roedd hyn yn caniatáu iddynt brofi'n arbrofol y rhagdybiaethau damcaniaethol a'r rhagfynegiadau a amlinellwyd mewn gweithiau blaenorol.
Yn eu harbrofion, defnyddiodd yr ymchwilwyr fodrwy storio cryogenig yn Sefydliad Max-Planck ar gyfer Ffiseg Niwclear yn Heidelberg, yr Almaen, a gynlluniwyd ar gyfer trawstiau ïon moleciwlaidd o rywogaethau-ddethol.Yn y cylch hwn, mae moleciwlau'n symud mewn orbitau trac rasio mewn cyfaint cryogenig sy'n yn cael ei wagio i raddau helaeth o unrhyw nwyon cefndir eraill.
“Mewn modrwy cryogenig, gellir oeri ïonau sydd wedi'u storio'n ymbelydrol i dymheredd y waliau cylch, gan gynhyrchu ïonau wedi'u llenwi ar yr ychydig lefelau cwantwm isaf,” esboniodd Kálosi. ”Mae modrwyau storio cryogenig wedi'u hadeiladu mewn sawl gwlad yn ddiweddar, ond mae ein cyfleuster yn yr unig un sydd â phelydr electron wedi'i ddylunio'n arbennig y gellir ei gyfeirio i gysylltiad ag ïonau moleciwlaidd.Mae’r ïonau’n cael eu storio am sawl munud yn y cylch hwn, a defnyddir laser i archwilio egni cylchdro ïonau moleciwlaidd.”
Trwy ddewis tonfedd optegol benodol ar gyfer ei laser stiliwr, gallai'r tîm ddinistrio ffracsiwn bach o'r ïonau storio pe bai eu lefelau egni cylchdro yn cyfateb i'r donfedd hwnnw. Yna canfuwyd darnau o'r moleciwlau a aflonyddwyd i gael yr hyn a elwir yn signalau sbectrol.
Casglodd y tîm eu mesuriadau ym mhresenoldeb ac absenoldeb gwrthdrawiadau electronau. Roedd hyn yn caniatáu iddynt ganfod newidiadau yn y boblogaeth lorweddol o dan yr amodau tymheredd isel a osodwyd yn yr arbrawf.
“Er mwyn mesur y broses o wrthdrawiadau cylchdroi sy’n newid cyflwr, mae angen sicrhau mai dim ond y lefel egni cylchdro isaf sydd yn yr ïon moleciwlaidd,” meddai Kálosi. ”Felly, mewn arbrofion labordy, rhaid cadw ïonau moleciwlaidd mewn oer iawn. cyfeintiau, gan ddefnyddio oeri cryogenig i dymheredd ymhell islaw tymheredd yr ystafell, sy'n aml yn agos at 300 Kelvin.Yn y gyfrol hon, gellir ynysu moleciwlau o foleciwlau hollbresennol, pelydriad thermol isgoch ein hamgylchedd.”
Yn eu harbrofion, llwyddodd Kálosi a'i gydweithwyr i gyflawni amodau arbrofol lle mae gwrthdrawiadau electronau yn dominyddu trawsnewidiadau ymbelydrol. Trwy ddefnyddio digon o electronau, gallent gasglu mesuriadau meintiol o wrthdrawiadau electronau ag ïonau moleciwlaidd CH+.
“Fe wnaethon ni ddarganfod bod y gyfradd drosglwyddo cylchdro a achosir gan electron yn cyd-fynd â rhagfynegiadau damcaniaethol blaenorol,” meddai Kálosi. ”Mae ein mesuriadau yn darparu'r prawf arbrofol cyntaf o ragfynegiadau damcaniaethol presennol.Rydym yn rhagweld y bydd cyfrifiadau yn y dyfodol yn canolbwyntio mwy ar effeithiau posibl gwrthdrawiadau electronau ar y poblogaethau lefel egni isaf mewn systemau cwantwm oer, ynysig.”
Yn ogystal â chadarnhau rhagfynegiadau damcaniaethol mewn lleoliad arbrofol am y tro cyntaf, efallai y bydd goblygiadau ymchwil pwysig i waith diweddar y grŵp hwn o ymchwilwyr. Er enghraifft, mae eu canfyddiadau'n awgrymu y gallai mesur y gyfradd newid a achosir gan electronau mewn lefelau egni cwantwm fod yn hanfodol wrth ddadansoddi signalau gwan moleciwlau yn y gofod a ganfyddir gan delesgopau radio neu adweithedd cemegol mewn plasmas tenau ac oer.
Yn y dyfodol, gallai'r papur hwn baratoi'r ffordd ar gyfer astudiaethau damcaniaethol newydd sy'n ystyried yn agosach effaith gwrthdrawiadau electronau ar feddiannaeth lefelau egni cwantwm cylchdro mewn moleciwlau oer. Gallai hyn helpu i ddarganfod ble mae gwrthdrawiadau electronau yn cael yr effaith gryfaf, gan wneud mae'n bosibl cynnal arbrofion manylach yn y maes.
“Yn y cylch storio cryogenig, rydym yn bwriadu cyflwyno technoleg laser fwy amlbwrpas i archwilio lefelau egni cylchdro rhywogaethau moleciwlaidd mwy diatomig a polyatomig,” ychwanega Kálosi.” Bydd hyn yn paratoi'r ffordd ar gyfer astudiaethau gwrthdrawiad electronau gan ddefnyddio nifer fawr o ïonau moleciwlaidd ychwanegol .Bydd mesuriadau labordy o'r math hwn yn parhau i gael eu hategu, yn enwedig mewn seryddiaeth arsylwadol gan ddefnyddio arsyllfeydd pwerus fel Arae Milimetrau Mawr/Is-filimetr Atacama yn Chile.”
Defnyddiwch y ffurflen hon os byddwch yn dod ar draws gwallau sillafu, gwallau, neu am anfon cais golygu am gynnwys y dudalen hon.Ar gyfer ymholiadau cyffredinol, defnyddiwch ein ffurflen gysylltu. Am adborth cyffredinol, defnyddiwch yr adran sylwadau cyhoeddus isod (dilynwch os gwelwch yn dda y canllawiau).
Mae eich adborth yn bwysig i ni. Fodd bynnag, oherwydd nifer y negeseuon, nid ydym yn gwarantu ymatebion unigol.
Defnyddir eich cyfeiriad e-bost i roi gwybod i dderbynwyr pwy anfonodd yr e-bost yn unig. Ni chaiff eich cyfeiriad na chyfeiriad y derbynnydd eu defnyddio at unrhyw ddiben arall. Bydd y wybodaeth a roddwch yn ymddangos yn eich e-bost ac ni chaiff ei chadw gan Phys.org mewn unrhyw ffurf.
Derbyn diweddariadau wythnosol a/neu ddyddiol i'ch mewnflwch. Gallwch ddad-danysgrifio unrhyw bryd ac ni fyddwn byth yn rhannu eich manylion gyda thrydydd parti.
Mae'r wefan hon yn defnyddio cwcis i gynorthwyo gyda llywio, dadansoddi eich defnydd o'n gwasanaethau, casglu data ar gyfer personoli hysbysebion, a gwasanaethu cynnwys gan drydydd partïon. Trwy ddefnyddio ein gwefan, rydych yn cydnabod eich bod wedi darllen a deall ein Polisi Preifatrwydd a Thelerau Defnyddio.
Amser postio: Mehefin-28-2022