Vibruojančių molekulių naudojimas medžiagos bangų savybėms tirti

HD + molekuliniai jonai (geltonos ir raudonos taškų poros) jonų gaudyklėje (pilka) yra apšvitinti lazerio banga (raudona). Tai sukelia kvantinį šuolį pakeistų molekulių joninės vibracijos būsena. Kreditas: HHU / Soroosh Alighanbari .

Beveik prieš 100 metų buvo atrasta fizikos revoliucija: mikroskopinė medžiaga, rodanti bangų savybes. Per kelis dešimtmečius tam tikro elektrono bangų savybėms išmatuoti buvo naudojami vis tikslesni eksperimentai. Dauguma šių eksperimentų yra pagrįsti vandenilio spektroskopine analize. atomas Ir įgalinkite failo patikrinimą Teisingumas Iš elektronų kvantinės teorijos.

Sunkioms elementarioms dalelėms, pavyzdžiui, protonams ir nuklidams. (Atominis branduolys) Sunku tiksliai išmatuoti bangos savybes. Tačiau iš esmės šių savybių galima rasti visur. Molekulėse atominių branduolių bangų savybės yra akivaizdžios ir jas galima pastebėti atliekant vidines atominių branduolių vibracijas vienas prieš kitą. Tokias vibracijas aktyvina molekulės elektronai, kurie tarp „silpnų“ branduolių užmezga ryšius, o ne kietus. Pavyzdžiui, branduolio virpesiai vyksta visose dujose normaliomis sąlygomis, tokiomis kaip oras.

Branduolio bangines savybes rodo tai, kad vibracijos negali turėti savavališko stiprumo, pavyzdžiui, energijos, kaip, pavyzdžiui, švytuoklės atveju. Tačiau energijai yra galimos tik tikslios diskrečios vertės, vadinamos „kiekybinėmis“.

Kvantinį šuolį iš žemiausios vibracijos energijos būsenos į aukštesnės energijos būseną galima pasiekti spinduliuojant šviesą ant molekulių, kurių bangos ilgiai tiksliai nustatyti taip, kad atitiktų energijos skirtumą.

Molekuliniai jonų spąstai

Įrenginys molekuliniams jonams laikyti. Kreditas: HHU / Davidas Offenbergas.

Norint tiksliai nustatyti nuklidų bangų savybes, mums reikia ir labai tikslaus matavimo metodo, ir labai tikslių žinių apie jungimo jėgą konkrečioje molekulėje, nes jie apibrėžia konkrečios molekulės bangų judėjimo detales. Pagrindinis gamtos dėsnis tada buvo įmanomas palyginus konkretų ištirto nuklido tekstą su matavimo rezultatais.

Deja, tikslių teorinių prognozių apie jungimąsi su molekulėmis apskritai negalima padaryti – taikytina kvantinė teorija yra per daug sudėtinga, kad ja būtų galima manipuliuoti. Todėl negalima tiksliai patikrinti bet kurios molekulės bangų savybių. Tai galima padaryti tik naudojant paprastas molekules.

Profesoriaus Schillerio tyrimų grupė bendradarbiauja su VI Korobovu, ilgamečiu Bogoliujubovo teorinės fizikos laboratorijos partneriu, esančiu Jungtiniame branduolinių tyrimų institute Dubnoje, Rusijoje. Aušintuvai yra skirti būtent vienai iš tokių molekulių, vandenilio jonų molekulę HD + HD + sudaro protonų (p) ir deuterono (d) nuklidai, kuriuos abu sujungia elektronas. Santykinis šios molekulės paprastumas reiškia, kad dabar galima atlikti labai tikslius teorinius skaičiavimus. VI Korobovas buvo tas, kuris tai padarė po daugiau nei dvidešimties metų nuolatinio savo skaičiavimų tobulinimo.

Įkrautų molekulių, tokių kaip vandenilio molekulės, matavimo metodus galima pasiekti. Tačiau didelio tikslumo dar nebuvo. Tačiau pernai komanda, kuriai vadovavo prof. Schilleris sukūrė naują spektroskopijos metodą, skirtą ištirti jonų molekulių sukimąsi. Naudojama spinduliuotė vadinama „Teraherco spinduliai“, kurių bangos ilgis yra maždaug 0,2 mm.

Komanda dabar gali parodyti, kad tas pats metodas taip pat taikomas stimuliuojant molekulinę vibraciją naudojant spinduliuotę, kuri yra 50 kartų trumpesnė už bangos ilgį. Norėdami tai padaryti, jie turi sukurti aštraus dažnio lazerį kaip „Specialty“, unikalų visame pasaulyje.

Jie parodė, kad ši išplėstinė spektroskopijos technika sugebėjo išspręsti radiacijos bangos ilgio problemą vibracijai stimuliuojant 10 000 kartų daugiau nei ankstesni metodai, naudojami molekuliniams jonams. Sisteminius molekulinės jonų vibracijos būsenos sutrikimus, pavyzdžiui, dėl elektrinio ir magnetinio lauko trukdžių, gali slopinti 400 kartų.

Pagaliau kvantinės teorijos protonų, atomų branduolių ir deuteronų elgesio prognozės atitinka eksperimentus, kurių santykinis netikslumas yra mažesnis nei 3 dalys 100 milijardų.

Jei manoma, kad VI kvantinės teorijos Korobovo prognozė yra išsami, eksperimento rezultatus taip pat galima interpretuoti kitaip, tai yra, tai lemia elektronų masės ir protonų masės santykį. Gautos vertės atitinka vertes, kurias nustatė kitų darbo grupių eksperimentai, naudojant visiškai skirtingus matavimo metodus.

Profesorius Schilleris pabrėžė: „Mes nustebome, koks eksperimentas buvo efektyvus. Ir mes tikime, kad mūsų kuriama technologija yra ne tik Bet tinka tik mūsų „specialioms“ molekulėms Bet gali būti naudojamas ir platesniame kontekste. Bus įdomu pamatyti, kaip greitai šią technologiją įdiegs kitos darbo grupės “.

Nuoroda: „Protonų ir elektronų masės santykis naudojant jonų žiedų didelės skiriamosios gebos optinę spektroskopiją modifikuoto nešlio režimu“, autoriai IV Kortunov, S. Alighanbari, MG Hansen, GS Giri, VI Korobov ir S. Schiller, 2021 m. Vasario 18 d., Natūrali fizika.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01150-7

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.