차가운 공간에 자유로울 때 분자는 회전 속도를 늦추고 양자 전이에서 회전 에너지를 잃음으로써 자발적으로 냉각됩니다. 물리학자들은 이러한 회전 냉각 과정이 분자와 주변 입자의 충돌에 의해 가속되거나 느려지거나 심지어 반전될 수 있음을 보여주었습니다. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
독일 막스플랑크 핵물리연구소와 컬럼비아 천체물리학연구소 연구원들은 최근 분자와 전자 사이의 충돌로 인한 양자 전이 속도를 측정하기 위한 실험을 실시했습니다. 그들의 연구 결과는 Physical Review Letters에 게재되어 최초의 실험적 증거를 제공합니다. 이전에는 이론적으로만 추정되었던 이 비율입니다.
연구를 수행한 연구원 중 한 명인 Ábel Kálosi는 "약하게 이온화된 가스에 전자와 분자 이온이 존재할 때 충돌 중에 가장 낮은 양자 수준의 분자 집단이 바뀔 수 있습니다."라고 Phys.org에 말했습니다. 이 과정은 성간 구름에서 이루어지며, 관찰에 따르면 분자는 주로 가장 낮은 양자 상태에 있습니다. 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 분자 이온 사이의 인력은 전자 충돌 과정을 특히 효율적으로 만듭니다.”
수년 동안 물리학자들은 충돌 중에 자유 전자가 분자와 얼마나 강력하게 상호 작용하여 궁극적으로 회전 상태를 변경하는지 이론적으로 확인하려고 노력해 왔습니다. 그러나 지금까지 그들의 이론적 예측은 실험 환경에서 테스트되지 않았습니다.
Kálosi는 “지금까지 주어진 전자 밀도와 온도에 대한 회전 에너지 수준의 변화의 타당성을 결정하기 위한 측정이 이루어지지 않았습니다.”라고 설명합니다.
이 측정값을 수집하기 위해 Kálosi와 그의 동료들은 고립된 전하 분자를 약 25켈빈 온도에서 전자와 밀접하게 접촉시켰습니다. 이를 통해 그들은 이전 연구에서 설명한 이론적 가정과 예측을 실험적으로 테스트할 수 있었습니다.
실험에서 연구원들은 독일 하이델베르크에 있는 막스-플랑크 핵 물리학 연구소의 극저온 저장 링을 사용했습니다. 이 링은 종 선택 분자 이온 빔용으로 설계되었습니다. 이 링에서 분자는 극저온 부피에서 경마장과 같은 궤도를 따라 움직입니다. 다른 배경 가스가 거의 비어 있습니다.
"극저온 링에서 저장된 이온은 링 벽의 온도까지 복사 냉각되어 가장 낮은 소수의 양자 수준으로 채워진 이온을 생성할 수 있습니다."라고 Kálosi는 설명합니다. 극저온 저장 링은 최근 여러 국가에서 건설되었지만 우리 시설은 분자 이온과 접촉할 수 있도록 특별히 설계된 전자빔을 갖춘 유일한 제품입니다. 이온은 이 고리에 몇 분 동안 저장되며, 레이저는 분자 이온의 회전 에너지를 조사하는 데 사용됩니다.”
연구팀은 프로브 레이저에 대해 특정 광학 파장을 선택함으로써 회전 에너지 수준이 해당 파장과 일치하면 저장된 이온의 작은 부분을 파괴할 수 있었습니다. 그런 다음 소위 스펙트럼 신호를 얻기 위해 파괴된 분자 조각을 감지했습니다.
연구팀은 전자 충돌이 있을 때와 없을 때의 측정값을 수집했습니다. 이를 통해 실험에서 설정된 저온 조건에서 수평 모집단의 변화를 감지할 수 있었습니다.
Kálosi는 “회전 상태 변경 충돌 과정을 측정하려면 분자 이온의 회전 에너지 수준이 가장 낮도록 해야 합니다. 따라서 실험실 실험에서는 분자 이온을 극저온에 보관해야 합니다. 300K에 가까운 실온보다 훨씬 낮은 온도까지 극저온 냉각을 사용합니다. 이 책에서는 분자가 어디에나 존재하는 분자, 즉 우리 환경의 적외선 열 복사로부터 분리될 수 있습니다.”
실험에서 Kálosi와 그의 동료들은 전자 충돌이 복사 전이를 지배하는 실험 조건을 달성할 수 있었습니다. 충분한 전자를 사용함으로써 그들은 CH+ 분자 이온과의 전자 충돌에 대한 정량적 측정값을 수집할 수 있었습니다.
Kálosi는 “우리는 전자에 의해 유도된 회전 전이율이 이전의 이론적 예측과 일치한다는 것을 발견했습니다.”라고 Kálosi는 말했습니다. “우리의 측정은 기존 이론적 예측에 대한 첫 번째 실험 테스트를 제공합니다. 우리는 미래의 계산이 차갑고 고립된 양자 시스템의 가장 낮은 에너지 수준 집단에 대한 전자 충돌의 가능한 영향에 더 초점을 맞출 것으로 예상합니다."
처음으로 실험 환경에서 이론적 예측을 확인하는 것 외에도 이 연구자 그룹의 최근 작업은 중요한 연구 의미를 가질 수 있습니다. 예를 들어, 그들의 발견은 양자 에너지 수준의 전자 유도 변화율을 측정하는 것이 전파 망원경으로 감지한 우주 분자의 약한 신호나 얇고 차가운 플라즈마의 화학 반응성을 분석할 때 매우 중요합니다.
미래에 이 논문은 차가운 분자에서 회전 양자 에너지 수준의 점유에 대한 전자 충돌의 영향을 보다 면밀히 고려하는 새로운 이론적 연구의 길을 열 수 있습니다. 이는 전자 충돌이 가장 강한 영향을 미치는 위치를 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다. 현장에서 더욱 세밀한 실험이 가능해졌습니다.
Kálosi는 “극저온 저장 링에서 더 많은 이원자 및 다원자 분자 종의 회전 에너지 수준을 조사하기 위해 보다 다양한 레이저 기술을 도입할 계획입니다.”라고 덧붙입니다. 이는 많은 수의 추가 분자 이온을 사용하는 전자 충돌 연구의 길을 열어줄 것입니다. . 이러한 유형의 실험실 측정은 특히 칠레의 Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array와 같은 강력한 관측소를 사용하는 관측 천문학에서 계속 보완될 것입니다. ”
철자 오류나 부정확한 내용이 있거나 이 페이지 콘텐츠에 대한 편집 요청을 보내려는 경우 이 양식을 사용하십시오. 일반적인 문의 사항은 문의 양식을 사용하십시오. 일반적인 피드백은 아래 공개 댓글 섹션을 사용하십시오(다음을 따르십시오). 지침).
귀하의 피드백은 우리에게 중요합니다. 그러나 메시지의 양으로 인해 개별 응답을 보장할 수는 없습니다.
귀하의 이메일 주소는 수신자에게 이메일을 보낸 사람을 알리는 데에만 사용됩니다. 귀하의 주소나 수신자의 주소는 다른 목적으로 사용되지 않습니다. 귀하가 입력한 정보는 이메일에 표시되며 Phys.org는 어떤 경우에도 보관하지 않습니다. 형태.
받은편지함으로 매주 및/또는 매일 업데이트를 받아보세요. 언제든지 구독을 취소할 수 있으며, 당사는 귀하의 세부정보를 제3자와 절대 공유하지 않습니다.
이 웹사이트는 탐색을 지원하고, 귀하의 당사 서비스 사용을 분석하고, 광고 개인화를 위한 데이터를 수집하고, 제3자로부터 콘텐츠를 제공하기 위해 쿠키를 사용합니다. 당사 웹사이트를 사용함으로써 귀하는 당사의 개인정보 보호정책과 이용 약관을 읽고 이해했음을 인정합니다.
게시 시간: 2022년 6월 28일