برهمکنش بین مولکول های فوق سرد که توسط فیزیکدانان کنترل می شود

فیزیکدانان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) در ایالات متحده، راهی برای برخورد مولکول های فوق سرد در حالی که سرعت واکنش آنها را کنترل می کنند، ابداع کرده اند. محققان موسسه ماکس پلانک آلمان برای اپتیک کوانتومی با استفاده از یک تکنیک آزمایشی متفاوت به کشف مشابهی دست یافته اند. تحقیقات آنها مسیرهای جدیدی را برای کنترل افزایش یافته واکنش های شیمیایی باز می کند.

واکنش‌های شیمیایی بسیار پیچیده هستند و تعداد زیادی از اتم‌ها و مولکول‌ها در حالی که توسط نیروهای جنبشی هدایت می‌شوند با یکدیگر برخورد می‌کنند. این پیچیدگی تمرکز بر واکنش ها در سطح اتمی و مولکولی را بسیار دشوار می کند.

برای دور زدن این مشکل پیچیدگی، محققان می‌توانند اتم‌ها و مولکول‌ها را تا دمای میکروکلوین خنک کنند تا حالت‌های کوانتومی احتمالی واکنش‌دهنده‌ها را محدود کنند. واکنش‌های مربوط به این اتم‌ها و مولکول‌های فوق‌سرد را می‌توان تا حدی با استفاده از لیزر یا میدان‌های مغناطیسی کنترل کرد و اطلاعات مهمی در مورد آن ارائه کرد. فرآیندهای شیمیایی

یک چالش در مطالعه مولکول های فوق سرد این است که آنها حالت های کوانتومی چرخشی و ارتعاشی دارند. این امر کنترل مولکول‌ها را بسیار دشوارتر از اتم‌ها می‌کند و این امر مانع از حرکت آزمایش‌های فوق سرد از واکنش‌های ساده اتم-اتم و اتم-مولکول شده است.

رزونانس های فشباخ

اکنون تیمی در MIT به رهبری برنده جایزه نوبل ولفگانگ کترله روش جدیدی برای کنترل مولکول های فوق سرد ابداع کرده است. در این تکنیک از تشدید فشباخ استفاده می‌شود که زمانی رخ می‌دهد که دو اتم یا مولکول در حال برخورد برای مدت کوتاهی یک حالت محدود را تشکیل می‌دهند. تشدید فشباخ به طور گسترده در مطالعه گازهای فوق سرد استفاده می شود زیرا می توان از آنها برای تنظیم دقیق برهمکنش های بین اتم ها استفاده کرد.

استفاده از تشدید فشباخ برای اتم های فوق سرد توسط کترل در سال 1998 آغاز شد، زمانی که او اولین مشاهده این پدیده را در اتم های سدیم فوق سرد انجام داد. از آن زمان، محققان به دنبال رزونانس های مشابه در برخوردهایی هستند که هم اتم ها و هم مولکول ها را درگیر می کنند. پارسالکترل و همکارانش از رزونانس های فشباخ برای ایجاد واکنش هایی شامل اتم های سدیم و مولکول های سدیم-لیتیوم استفاده کردند. آنها دریافتند که اثرات تداخل کوانتومی مربوط به پرش های متعدد بین ذرات در حال برخورد می تواند سازنده یا مخرب باشد. این واکنش ها را با فاکتورهای حدود 100 افزایش می دهد یا سرکوب می کند.

اکنون محققان MIT رزونانس فشباخ را در برخورد بین جفت مولکول های سدیم-لیتیوم فوق سرد یافته اند. در محدوده بسیار باریکی از میدان مغناطیسی اعمال شده رخ می دهد. هنگامی که محققان به محدوده میدان مغناطیسی بیش از 1000 گرم نگاه کردند، متوجه افزایش سرعت واکنش بین مولکول ها در یک پنجره باریک 25 میلی گرمی شدند. تیم به این نتیجه رسیدند که تشدید فشباخ مولکول ها را تشویق می کند تا به یک کمپلکس میانی نسبتاً طولانی مدت حرکت کنند که به نوبه خود تعداد واکنش های مولکولی را تا 100 برابر افزایش می دهد.

شگفتی بزرگ

تجزیه و تحلیل بیشتر داده های جدید به کشف شگفت انگیزی منجر شد. دقیقاً در رزونانس، دو حالت مولکول دقیقاً انرژی یکسانی دارند و بنابراین هر دو می توانند در برخورد شرکت کنند. حتی اگر نتیجه غیرمنتظره بود، کترل اشاره می کند که سدیم-لیتیوم سبک ترین مولکول فوق سرد مورد مطالعه است. در نتیجه، کمترین چگالی حالت ها را دارد و بنابراین به احتمال زیاد مولکول حالت ایزوله ای دارد که عمر طولانی دارد.

این تیم برای درک مشاهدات خود، مدلی را توسعه دادند که تشدید ناشی از میدان مغناطیسی و فروپاشی کمپلکس میانی را به یک کانال باز که باعث ناپدید شدن مولکول می‌شود، توصیف می‌کند.

مدل آنها مشابه نور تشدید کننده در حفره Fabry-Pero است - دستگاهی متشکل از دو آینه نازک که نور را در طول موج تشدید خاصی منتقل می کند. طول عمر کمپلکس میانی مشابه زمان رفت و برگشتی است که یک فوتون در داخل یک حفره تشدید می گذراند.

در حالی که این مدل نتایج را توضیح می دهد، برخی از سوالات باز باقی می مانند. برای مثال، دانستن اینکه آیا این رزونانس‌های باریک منحصر به مولکول‌هایی با اتم‌های کوچک هستند یا خیر - مولکول‌هایی که چگالی حالت‌های کمتری دارند. همچنین بررسی اینکه آیا سایر مقادیر میدان مغناطیسی مجموعه‌هایی با عمر طولانی ایجاد می‌کنند یا خیر، جالب است. بدون شک این سوالات موجی از هیجان را در زمینه شیمی فوق سرد ایجاد می کند و می تواند به کاربردها و بینش های فیزیکی جدید منجر شود.

تحت کنترل

کترل معتقد است که این تحقیقات برای علوم کوانتومی، شیمی فیزیک و شیمی مهم است. اما او تصدیق می کند که کار بیشتری باید انجام شود و بدون درک کامل رزونانس، پیش بینی مولکول های دیگر دشوار است. با این حال، او می گوید که مشاهدات تیمش احتمال وجود رزونانس ها و مجتمع های برخورد طولانی مدت در مولکول های دیگر را بیشتر کرده است.

فیزیکدانان در مسیر ساده‌تری برای رسیدن به مولکول‌های منحط کوانتومی قرار می‌گیرند

این میدان در حال حاضر به سمت کنترل در سطح کوانتومی بر روی سیستم‌های پیچیده‌تر پیش می‌رود. کار ما گامی برای دستیابی به کنترل کوانتومی بر برخوردها و واکنش‌های مولکولی و ترسیم گسترده‌تر خواص برخوردی این مولکول‌ها با هدف یافتن درک عمیق‌تر است. دنیای فیزیک.

بو ژائو از دانشگاه علم و صنعت چین، کشف یک تشدید فشباخ با قابلیت تنظیم مغناطیسی بین مولکول‌های دواتمی فوق سرد را ستایش می‌کند و می‌افزاید که این کار پیشرفت مهمی در مولکول‌های فوق‌سرد و شیمی فوق‌سرد است. او بیان می‌کند که تشدید فشباخ بین مولکول‌ها می‌تواند به بسیاری از احتمالات تحقیقاتی جدید، از جمله مطالعه گازهای مولکولی با تعامل قوی منجر شود.

تحقیق در شرح داده شده است طبیعت. در همین شماره مجله، شین یو لو و همکارانش در موسسه ماکس پلانک آلمان برای اپتیک کوانتومی یک طرح مشابه را شرح دهید برای کنترل سرعت واکنش محصولات سدیم-پتاسیم فوق سرد. در این تحقیق، تیم از تشعشعات مایکروویو نوسانی برای ایجاد تشدید استفاده کردند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/interactions-between-ultracold-molecules-controlled-by-physicists/