• sns01
  • sns02
  • sns03
  • sns05
jh@jinghe-rotomolding.com

Вращательное охлаждение молекулярных ионно-электронных столкновений, измеренное с использованием лазерной технологии

Находясь на свободе в холодном космосе, молекула будет спонтанно охлаждаться, замедляя свое вращение и теряя вращательную энергию при квантовых переходах. Физики показали, что этот вращательный процесс охлаждения может быть ускорен, замедлен или даже обращен вспять при столкновении молекул с окружающими частицами. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Исследователи из Института ядерной физики им. Макса Планка в Германии и Колумбийской астрофизической лаборатории недавно провели эксперимент, направленный на измерение скоростей квантовых переходов, вызванных столкновениями между молекулами и электронами. Их результаты, опубликованные в Physical Review Letters, предоставляют первое экспериментальное доказательство. этого отношения, которое ранее оценивалось только теоретически.
«Когда электроны и молекулярные ионы присутствуют в слабоионизированном газе, популяция молекул на самом низком квантовом уровне может измениться во время столкновений», — сказал Phys.org Абель Калоси, один из исследователей, проводивших исследование. процесс происходит в межзвездных облаках, где наблюдения показывают, что молекулы находятся преимущественно в своих низших квантовых состояниях.Притяжение между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными молекулярными ионами делает процесс столкновения электронов особенно эффективным».
В течение многих лет физики пытались теоретически определить, насколько сильно свободные электроны взаимодействуют с молекулами во время столкновений и в конечном итоге меняют свое вращательное состояние. Однако до сих пор их теоретические предсказания не были проверены в экспериментальных условиях.
«До сих пор не было проведено никаких измерений, чтобы определить достоверность изменения уровней вращательной энергии для заданной плотности электронов и температуры», — объясняет Калоси.
Чтобы получить это измерение, Калоси и его коллеги привели изолированные заряженные молекулы в тесный контакт с электронами при температуре около 25 Кельвинов. Это позволило им экспериментально проверить теоретические предположения и предсказания, изложенные в предыдущих работах.
В своих экспериментах исследователи использовали криогенное накопительное кольцо в Институте ядерной физики им. Макса Планка в Гейдельберге, Германия, предназначенное для видово-селективных пучков молекулярных ионов. в значительной степени освобождается от любых других фоновых газов.
«В криогенном кольце хранящиеся ионы могут охлаждаться излучением до температуры стенок кольца, в результате чего получаются ионы, заполненные на нескольких самых нижних квантовых уровнях», — объясняет Калози. Недавно в нескольких странах были построены криогенные накопительные кольца, но наша установка единственный, оснащенный специально разработанным электронным пучком, который можно направить в контакт с молекулярными ионами.Ионы хранятся в этом кольце в течение нескольких минут, для определения энергии вращения молекулярных ионов используется лазер».
Выбрав определенную оптическую длину волны для своего зондирующего лазера, команда смогла уничтожить небольшую часть накопленных ионов, если их уровни энергии вращения соответствовали этой длине волны. Затем они обнаружили фрагменты разрушенных молекул, чтобы получить так называемые спектральные сигналы.
Команда собрала свои измерения при наличии и отсутствии столкновений электронов. Это позволило им обнаружить изменения в горизонтальной популяции в низкотемпературных условиях, установленных в эксперименте.
«Чтобы измерить процесс столкновений с изменением вращательного состояния, необходимо убедиться, что в молекулярном ионе существует только самый низкий уровень вращательной энергии», — сказал Калози. томов, используя криогенное охлаждение до температуры значительно ниже комнатной, которая часто близка к 300 Кельвинам.В этом объеме молекулы могут быть изолированы от вездесущих молекул инфракрасного теплового излучения нашей окружающей среды».
В своих экспериментах Калози и его коллеги смогли достичь экспериментальных условий, в которых столкновения электронов преобладают над радиационными переходами. Используя достаточное количество электронов, они могли собирать количественные измерения столкновений электронов с молекулярными ионами CH +.
«Мы обнаружили, что индуцированная электронами скорость вращательного перехода соответствует предыдущим теоретическим предсказаниям, — сказал Калози. — Наши измерения представляют собой первую экспериментальную проверку существующих теоретических предсказаний.Мы ожидаем, что будущие расчеты будут больше сосредоточены на возможном влиянии столкновений электронов на заселенности самых низких энергетических уровней в холодных изолированных квантовых системах».
В дополнение к подтверждению теоретических предсказаний в экспериментальных условиях в первый раз, недавняя работа этой группы исследователей может иметь важные исследовательские последствия. Например, их результаты предполагают, что измерение индуцированной электронами скорости изменения квантовых уровней энергии может быть имеет решающее значение при анализе слабых сигналов молекул в космосе, обнаруженных радиотелескопами, или химической реактивности в тонкой и холодной плазме.
В будущем эта статья может проложить путь к новым теоретическим исследованиям, в которых более подробно рассматривается влияние столкновений электронов на заполнение вращательных квантовых энергетических уровней в холодных молекулах. можно провести более подробные эксперименты в полевых условиях.
«В криогенном накопительном кольце мы планируем внедрить более универсальную лазерную технологию для исследования уровней вращательной энергии большего количества двухатомных и многоатомных молекул», — добавляет Калози. «Это проложит путь для изучения электронных столкновений с использованием большого количества дополнительных молекулярных ионов. .Лабораторные измерения этого типа будут по-прежнему дополняться, особенно в наблюдательной астрономии с использованием мощных обсерваторий, таких как Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакама в Чили.”
Пожалуйста, используйте эту форму, если вы столкнулись с орфографическими ошибками, неточностями или хотите отправить запрос на редактирование содержания этой страницы. Для общих вопросов, пожалуйста, используйте нашу контактную форму. руководящие принципы).
Нам важно ваше мнение. Однако из-за большого количества сообщений мы не гарантируем индивидуальные ответы.
Ваш адрес электронной почты используется только для того, чтобы сообщить получателям, кто отправил электронное письмо. Ни ваш адрес, ни адрес получателя не будут использоваться для каких-либо других целей. Введенная вами информация появится в вашем электронном письме и не будет сохранена Phys.org ни в каком форма.
Получайте еженедельные и/или ежедневные обновления на свой почтовый ящик. Вы можете отказаться от подписки в любое время, и мы никогда не передадим ваши данные третьим лицам.
Этот веб-сайт использует файлы cookie для облегчения навигации, анализа использования вами наших услуг, сбора данных для персонализации рекламы и предоставления контента от третьих лиц. Используя наш веб-сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику конфиденциальности и Условия использования.


Время публикации: 28 июня 2022 г.