Quandu hè liberu in u spaziu friddu, a molécula si rinfriscà spontaneamente rallentendu a so rotazione è perde 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 i 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 misure quantitative di scontri elettroni cù ioni molecolari 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