Ketika 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 oleh tumbukan molekul dengan partikel di sekitarnya. .googletag.cmd.push(function() { 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 tingkat 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 tingkat kuantum terendah dapat berubah selama tumbukan,” bel Kálosi, salah satu peneliti yang melakukan penelitian, mengatakan kepada Phys.org. prosesnya di awan antarbintang, di mana pengamatan menunjukkan bahwa molekul sebagian besar berada dalam keadaan kuantum terendahnya.Daya tarik antara elektron bermuatan negatif dan ion molekul bermuatan positif membuat proses tumbukan elektron sangat efisien.”
Selama bertahun-tahun, fisikawan telah mencoba untuk secara teoritis menentukan seberapa kuat elektron bebas berinteraksi dengan molekul selama tumbukan dan akhirnya mengubah keadaan rotasinya. Namun, sejauh ini, prediksi teoretis mereka belum diuji dalam pengaturan eksperimental.
“Sampai sekarang, tidak ada pengukuran yang dilakukan untuk menentukan validitas perubahan tingkat energi rotasi untuk kerapatan dan suhu elektron 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. Ini memungkinkan mereka untuk menguji asumsi teoritis dan prediksi secara eksperimental 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 belakang lainnya.
“Dalam cincin kriogenik, ion yang disimpan dapat didinginkan secara radiasi hingga suhu dinding cincin, menghasilkan ion yang terisi pada beberapa tingkat kuantum terendah,” jelas Kálosi. 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 probenya, tim dapat menghancurkan sebagian kecil dari ion yang tersimpan jika tingkat energi rotasinya cocok dengan panjang gelombang itu. Mereka kemudian mendeteksi fragmen molekul yang terganggu untuk mendapatkan apa yang disebut sinyal spektral.
Tim mengumpulkan pengukuran mereka di hadapan dan tidak adanya tabrakan elektron. Ini memungkinkan mereka untuk mendeteksi perubahan populasi horizontal di bawah kondisi suhu rendah yang ditetapkan dalam percobaan.
“Untuk mengukur proses tumbukan yang mengubah keadaan rotasi, perlu dipastikan bahwa hanya ada tingkat energi rotasi terendah dalam ion molekuler,” kata Kálosi. volume, menggunakan pendinginan kriogenik ke suhu jauh di bawah suhu kamar, yang sering mendekati 300 Kelvin.Dalam volume ini, molekul dapat diisolasi dari molekul di mana-mana, radiasi termal inframerah dari lingkungan kita.”
Dalam percobaan mereka, 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 cocok dengan prediksi teoretis sebelumnya,” kata Kálosi. “Pengukuran kami memberikan uji eksperimental pertama dari prediksi teoretis yang ada.Kami mengantisipasi bahwa perhitungan di masa depan akan lebih fokus pada kemungkinan efek tabrakan elektron pada populasi tingkat energi terendah dalam sistem kuantum yang dingin dan terisolasi.”
Selain mengkonfirmasi prediksi teoretis dalam pengaturan eksperimental untuk pertama kalinya, karya terbaru dari 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 teoretis baru yang lebih dekat mempertimbangkan efek tumbukan elektron pada pendudukan tingkat energi kuantum rotasi dalam molekul dingin. Ini dapat membantu untuk mengetahui di mana tumbukan elektron memiliki efek terkuat, membuat memungkinkan untuk melakukan eksperimen 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 diatomik dan poliatomik yang lebih banyak,” tambah Kálosi. .Pengukuran laboratorium jenis ini akan terus dilengkapi, terutama dalam astronomi observasional menggunakan observatorium yang kuat seperti Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array di Chili.”
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, gunakan bagian komentar publik di bawah (silakan ikuti pedoman).
Umpan balik Anda penting bagi kami. Namun, karena banyaknya pesan, kami tidak menjamin tanggapan individu.
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. Informasi yang Anda masukkan akan muncul di email Anda dan tidak akan disimpan oleh Phys.org di 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-Jun-2022