Quandu hè liberu in u spaziu friddu, a molécula si rinfriscà spontaneamente rallentendu a so rotazione è perdennu l'energia di rotazione in transizioni quantum. I fisici anu dimustratu chì stu prucessu di rinfrescante rotazionale pò esse acceleratu, rallentatu o ancu invertitu da scontri di molécule cù particeddi circundanti. .googletag.cmd.push(function() {googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
I ricercatori di l'Istitutu Max-Planck per a Fisica Nucleare in Germania è u Laboratoriu Astrofisica di Columbia anu realizatu recentemente un esperimentu destinatu à misurà i tassi di transizione quantistica causati da scontri trà molécule è elettroni. di stu rapportu, chì prima hè statu stimatu solu in teoria.
"Quandu l'elettroni è l'ioni molecolari sò prisenti in un gasu debbuli ionizatu, a pupulazione di molécule à livellu quantumu più bassu pò cambià durante i collisioni", disse à Phys.org Ábel Kálosi, unu di i circadori chì anu realizatu u studiu. "Un esempiu di questu. U prucessu hè in i nuvuli interstellare, induve l'osservazioni mostranu chì e molécule sò principarmenti in i so stati quantum più bassi. L'attrazione trà l'elettroni caricati negativamente è l'ioni molecolari caricati positivamente rende u prucessu di collisione di l'elettroni particularmente efficace ".
Dapoi anni, i fisici anu pruvatu à determinà in teoria quantu l'elettroni liberi interagiscenu cù e molécule durante i collisioni è, infine, cambianu u so statu di rotazione.
"Finu à avà, nisuna misurazione hè stata fatta per determinà a validità di u cambiamentu di i livelli di l'energia rotazionale per una data densità di elettroni è temperatura", spiega Kálosi.
Per riunisce sta misurazione, Kálosi è i so culleghi anu purtatu molecule caricate isolate in cuntattu strettu cù l'elettroni à temperature attornu à 25 Kelvin. Questu li hà permessu di pruvà sperimentalmente ipotesi teorichi è predizioni delineati in i travaglii precedenti.
In i so esperimenti, i circadori anu utilizatu un anellu di almacenamiento criogenicu in l'Istitutu Max-Planck per a Fisica Nucleare in Heidelberg, Germania, cuncepitu per fasci di ioni molecolari selettivi per spezie. hè largamente svuotata da qualsiasi altri gasi di fondo.
"In un anellu criogenicu, i ioni almacenati ponu esse rinfriscati radiativamente à a temperatura di i mura di l'anellu, rendendu ioni pieni à i più bassi livelli quantum", spiega Kálosi. l'unicu equipatu di un fasciu elettronicu apposta chì pò esse direttu in cuntattu cù ioni moleculari. I ioni sò almacenati per parechji minuti in questu anellu, un laser hè utilizatu per interrogà l'energia rotazionale di ioni molecolari.
Sceglie una lunghezza d'onda ottica specifica per u so laser di sonda, a squadra puderia distrughje una piccula frazzioni di l'ioni almacenati se i so livelli d'energia di rotazione currispondenu à quella lunghezza d'onda. Dopu anu detecatu frammenti di e molécule disrupted per ottene signali spettrali chjamati.
A squadra hà cullatu e so misurazioni in a prisenza è l'absenza di collisions d'elettroni. Questu li hà permessu di detectà cambiamenti in a pupulazione horizontale sottu à e cundizioni di bassa temperatura stabilite in l'esperimentu.
"Per misurà u prucessu di scontri chì cambianu u statu di rotazione, hè necessariu di assicurà chì ci hè solu u livellu più bassu di l'energia di rotazione in l'ioni molecolari", disse Kálosi. volumi, aduprendu u rinfrescante criogenicu à temperature assai sottu à a temperatura di l'ambienti, chì hè spessu vicinu à 300 Kelvin. In questu voluminu, e molécule ponu esse isolate da molécule omnipresente, a radiazione termale infrarossa di u nostru ambiente ".
In i so esperimenti, Kálosi è i so culleghi sò stati capaci di ottene cundizioni spirimintali in quale i scontri di l'elettroni dominanu e transizioni radiative. By usendu abbastanza elettroni, puderanu cullà misurazioni quantitative di scontri elettroni cù ioni moleculari CH +.
"Avemu trovu chì a rata di transizione rotazionale indotta da l'elettroni currisponde à e previsioni teoriche precedenti", disse Kálosi. "I nostri misurazioni furniscenu a prima prova sperimentale di predizioni teoriche esistenti. Prevemu chì i calculi futuri si focalizeghjanu più nantu à i pussibuli effetti di e collisioni elettroniche nantu à e populazioni di livellu energeticu più bassu in sistemi quantistici freddi è isolati.
In più di cunfirmà e previsioni teorichi in un ambientu sperimentale per a prima volta, u travagliu recente di stu gruppu di circadori pò avè implicazioni di ricerca impurtanti. cruciale à l'analisi di i segnali debbuli di molécule in u spaziu rilevati da radiotelescopi o reattività chimica in plasma sottili è friddi.
In u futuru, stu documentu puderia apre a strada per novi studii teorichi chì più attentamente cunsidereghjanu l'effettu di i collisioni di l'elettroni nantu à l'occupazione di i livelli d'energia quantistica di rotazione in molecule friddi. hè pussibule di fà esperimenti più detallati in u campu.
"In l'anellu di almacenamentu criogenicu, pensamu di introduci una tecnulugia laser più versatile per sondà i livelli di energia rotazionale di più spezie molecolari diatomiche è poliatomiche", aghjusta Kálosi. . E misurazioni di u laboratoriu di stu tipu cuntinueghjanu à esse cumplementate, in particulare in l'astronomia d'osservazione cù l'osservatori putenti cum'è l'Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array in Chile. "
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Tempu di post: 28-jun-2022