Ketika ia bebas di ruang dingin, molekul akan mendingin secara spontan dengan memperlambat rotasinya dan kehilangan energi rotasi dalam transisi kuantum. Fisikawan telah menunjukkan bahwa proses pendinginan rotasi ini dapat dipercepat, diperlambat, atau bahkan dibalikkan melalui tumbukan molekul dengan partikel di sekitarnya. .googletag.cmd.push(fungsi() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Para peneliti di Institut Max-Planck untuk Fisika Nuklir di Jerman dan Laboratorium Astrofisika Columbia baru-baru ini melakukan percobaan yang bertujuan untuk mengukur laju transisi kuantum yang disebabkan oleh tumbukan antara molekul dan elektron. Temuan mereka, yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, memberikan bukti eksperimental pertama. rasio ini, yang sebelumnya hanya diperkirakan secara teoritis.
“Ketika elektron dan ion molekul hadir dalam gas yang terionisasi lemah, populasi molekul pada tingkat kuantum terendah dapat berubah selama tumbukan,” Ábel Kálosi, salah satu peneliti yang melakukan penelitian tersebut, mengatakan kepada Phys.org. Prosesnya terjadi di awan antarbintang, di mana pengamatan menunjukkan bahwa sebagian besar molekul berada dalam keadaan kuantum terendah. Daya tarik antara elektron bermuatan negatif dan ion molekul bermuatan positif membuat proses tumbukan elektron menjadi sangat efisien.”
Selama bertahun-tahun, fisikawan telah mencoba secara teoritis menentukan seberapa kuat elektron bebas berinteraksi dengan molekul selama tumbukan dan pada akhirnya mengubah keadaan rotasinya. Namun, sejauh ini prediksi teoretis mereka belum diuji dalam lingkungan eksperimental.
“Sampai saat ini, belum ada pengukuran yang dilakukan untuk menentukan validitas perubahan tingkat energi rotasi untuk kerapatan elektron dan suhu tertentu,” jelas Kálosi.
Untuk mengumpulkan pengukuran ini, Kálosi dan rekan-rekannya membawa molekul bermuatan terisolasi ke dalam kontak dekat dengan elektron pada suhu sekitar 25 Kelvin. Hal ini memungkinkan mereka untuk secara eksperimental menguji asumsi dan prediksi teoretis yang diuraikan dalam karya sebelumnya.
Dalam percobaan mereka, para peneliti menggunakan cincin penyimpanan kriogenik di Institut Max-Planck untuk Fisika Nuklir di Heidelberg, Jerman, yang dirancang untuk berkas ion molekul selektif spesies. Dalam cincin ini, molekul bergerak dalam orbit seperti lintasan balap dalam volume kriogenik yang sebagian besar dikosongkan dari gas latar lainnya.
“Dalam cincin kriogenik, ion-ion yang disimpan dapat didinginkan secara radiasi hingga mencapai suhu dinding cincin, sehingga menghasilkan ion-ion yang terisi pada beberapa tingkat kuantum terendah,” jelas Kálosi. “Cincin penyimpanan kriogenik baru-baru ini dibangun di beberapa negara, namun fasilitas kami belum dibangun. satu-satunya yang dilengkapi dengan berkas elektron yang dirancang khusus yang dapat diarahkan ke dalam kontak dengan ion molekul. Ion disimpan selama beberapa menit di cincin ini, laser digunakan untuk menginterogasi energi rotasi ion molekul.”
Dengan memilih panjang gelombang optik tertentu untuk laser probe, tim dapat menghancurkan sebagian kecil ion yang tersimpan jika tingkat energi rotasinya cocok dengan panjang gelombang tersebut. Mereka kemudian mendeteksi fragmen molekul yang terganggu untuk mendapatkan apa yang disebut sinyal spektral.
Tim mengumpulkan pengukuran mereka dengan adanya dan tidak adanya tumbukan elektron. Hal ini memungkinkan mereka mendeteksi perubahan populasi horizontal di bawah kondisi suhu rendah yang ditetapkan dalam percobaan.
“Untuk mengukur proses tumbukan perubahan keadaan rotasi, perlu dipastikan bahwa hanya terdapat tingkat energi rotasi terendah dalam ion molekuler,” kata Kálosi. “Oleh karena itu, dalam percobaan laboratorium, ion molekul harus disimpan dalam suhu yang sangat dingin. volume, menggunakan pendinginan kriogenik hingga suhu jauh di bawah suhu kamar, yang seringkali mendekati 300 Kelvin. Dalam volume ini, molekul dapat diisolasi dari molekul yang ada di mana-mana, radiasi termal inframerah dari lingkungan kita.”
Dalam eksperimennya, Kálosi dan rekan-rekannya mampu mencapai kondisi eksperimental di mana tumbukan elektron mendominasi transisi radiasi. Dengan menggunakan elektron yang cukup, mereka dapat mengumpulkan pengukuran kuantitatif tumbukan elektron dengan ion molekul CH+.
“Kami menemukan bahwa laju transisi rotasi yang diinduksi elektron sesuai dengan prediksi teoritis sebelumnya,” kata Kálosi. “Pengukuran kami memberikan uji eksperimental pertama dari prediksi teoritis yang ada. Kami mengantisipasi bahwa perhitungan di masa depan akan lebih fokus pada kemungkinan dampak tumbukan elektron pada populasi tingkat energi terendah dalam sistem kuantum yang dingin dan terisolasi.”
Selain mengkonfirmasi prediksi teoretis dalam lingkungan eksperimental untuk pertama kalinya, penelitian terbaru yang dilakukan oleh kelompok peneliti ini mungkin memiliki implikasi penelitian yang penting. Misalnya, temuan mereka menunjukkan bahwa mengukur laju perubahan tingkat energi kuantum yang diinduksi elektron dapat dilakukan. penting ketika menganalisis sinyal lemah molekul di ruang angkasa yang terdeteksi oleh teleskop radio atau reaktivitas kimia dalam plasma tipis dan dingin.
Di masa depan, makalah ini dapat membuka jalan bagi studi teoritis baru yang lebih mempertimbangkan efek tumbukan elektron pada penggunaan tingkat energi kuantum rotasi dalam molekul dingin. Hal ini dapat membantu untuk mengetahui di mana tumbukan elektron memiliki efek paling kuat, sehingga membuat dimungkinkan untuk melakukan percobaan yang lebih rinci di lapangan.
“Dalam cincin penyimpanan kriogenik, kami berencana untuk memperkenalkan teknologi laser yang lebih serbaguna untuk menyelidiki tingkat energi rotasi spesies molekul yang lebih diatomik dan poliatomik,” tambah Kálosi. “Hal ini akan membuka jalan bagi studi tumbukan elektron dengan menggunakan sejumlah besar ion molekul tambahan. . Pengukuran laboratorium jenis ini akan terus dilengkapi, terutama dalam astronomi observasional menggunakan observatorium canggih seperti Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array di Chile. ”
Silakan gunakan formulir ini jika Anda menemukan kesalahan ejaan, ketidakakuratan, atau ingin mengirim permintaan edit untuk konten halaman ini. Untuk pertanyaan umum, silakan gunakan formulir kontak kami. Untuk umpan balik umum, silakan gunakan bagian komentar publik di bawah (silakan ikuti pedomannya).
Masukan Anda penting bagi kami. Namun, karena banyaknya pesan, kami tidak menjamin tanggapan individual.
Alamat email Anda hanya digunakan untuk memberi tahu penerima siapa yang mengirim email. Baik alamat Anda maupun alamat penerima tidak akan digunakan untuk tujuan lain apa pun. Informasi yang Anda masukkan akan muncul di email Anda dan tidak akan disimpan oleh Phys.org dalam keadaan apa pun membentuk.
Dapatkan pembaruan mingguan dan/atau harian yang dikirimkan ke kotak masuk Anda. Anda dapat berhenti berlangganan kapan saja dan kami tidak akan pernah membagikan detail Anda kepada pihak ketiga.
Situs web ini menggunakan cookie untuk membantu navigasi, menganalisis penggunaan Anda atas layanan kami, mengumpulkan data untuk personalisasi iklan, dan menyajikan konten dari pihak ketiga. Dengan menggunakan situs web kami, Anda mengakui bahwa Anda telah membaca dan memahami Kebijakan Privasi dan Ketentuan Penggunaan kami.
Waktu posting: 28 Juni 2022