16:02 2023-02-01
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Fizicienii observă pentru prima dată rezonanțe rare în molecule
_ Fizicienii observă rezonanță rară în molecule pentru prima dată
Dacă atinge tonul potrivit, o cântăreață poate sparge un pahar de vin. Motivul este rezonanța. În timp ce sticla poate vibre ușor ca răspuns la majoritatea tonurilor acustice, o înălțime care rezonează cu frecvența naturală proprie a materialului poate trimite vibrațiile sale la supraîncărcare, determinând spargerea sticlei.
Rezonanța apare și la un nivel mult mai mic. scara atomilor si moleculelor. Când particulele reacţionează chimic, se datorează parţial condiţiilor specifice care rezonează cu particulele într-un mod care le determină să se lege chimic. Dar atomii și moleculele sunt în permanență în mișcare, locuind într-o neclaritate de stări de vibrație și rotație. Alegerea stării exacte de rezonanță care declanșează în cele din urmă moleculele să reacționeze a fost aproape imposibilă.
Fizicienii MIT ar fi putut desluși o parte din acest mister printr-un nou studiu apărut în revista Nature. Echipa raportează că au observat pentru prima dată o rezonanță în ciocnirea moleculelor ultrareci.
Ei au descoperit că un nor de molecule de sodiu-litiu (NaLi) supra-răcite a dispărut de 100 de ori mai repede decât în mod normal atunci când a fost expus la un câmp magnetic foarte specific. Dispariția rapidă a moleculelor este un semn că câmpul magnetic a reglat particulele într-o rezonanță, făcându-le să reacționeze mai repede decât ar face-o în mod normal.
Descoperirile aruncă lumină asupra forțelor misterioase care determină moleculele să devină chimic. reacţiona. Ei sugerează, de asemenea, că oamenii de știință ar putea într-o zi să valorifice rezonanța naturală a particulelor pentru a conduce și controla anumite reacții chimice.
„Este prima dată când se observă o rezonanță între două molecule ultrareci”, spune autorul studiului. Wolfgang Ketterle, profesor de fizică John D. MacArthur la MIT. „Au existat sugestii că moleculele sunt atât de complicate încât sunt ca o pădure deasă, în care nu ai putea recunoaște o singură rezonanță. Dar am găsit un copac mare care iese în evidență, cu un factor de 100. Am observat ceva complet neașteptat. „
Co-autorii lui Ketterle includ autoarea principală și studenta absolventă MIT Juliana Park, studentul absolvent Yu-Kun Lu, fostul postdoctor MIT Alan Jamison, care este în prezent la Universitatea din Waterloo, și Timur Tscherbul la Universitate din Nevada.
Într-un nor de molecule, ciocnirile au loc constant. Particulele pot să se lovească unele de altele ca bile frenetice de biliard sau să se lipească între ele într-o stare scurtă, dar crucială, cunoscută sub numele de „complex intermediar”, care apoi declanșează o reacție pentru a transforma particulele într-o nouă structură chimică.
" Când două molecule se ciocnesc, de cele mai multe ori nu ajung la acea stare intermediară”, spune Jamison. „Dar când sunt în rezonanță, rata de a ajunge la această stare crește dramatic.”
„Complexul intermediar este misterul din spatele întregii chimie”, adaugă Ketterle. "De obicei, reactanții și produșii unei reacții chimice sunt cunoscuți, dar nu cum conduc unul la celălalt. Știind ceva despre rezonanța moleculelor ne poate oferi o amprentă a acestei stări de mijloc misterioase."
Grupul lui Ketterle a căutat semne de rezonanță în atomii și moleculele care sunt super-răciți, la temperaturi chiar peste zero absolut. Astfel de condiții ultrareci inhibă mișcarea aleatorie a particulelor, determinată de temperatură, oferind oamenilor de știință o șansă mai bună de a recunoaște orice semne mai subtile de rezonanță.
În 1998, Ketterle a făcut prima observație a unor astfel de rezonanțe în atomii ultrareci. El a observat că, atunci când un câmp magnetic foarte specific a fost aplicat atomilor de sodiu supra-răciți, câmpul a îmbunătățit modul în care atomii s-au împrăștiat unul pe altul, într-un efect cunoscut sub numele de rezonanță Feshbach. De atunci, el și alții au căutat rezonanțe similare în ciocnirile care implică atât atomi, cât și molecule.
„Moleculele sunt mult mai complicate decât atomii”, spune Ketterle. „Au atât de multe stări vibraționale și rotaționale diferite. Prin urmare, nu era clar dacă moleculele ar prezenta deloc rezonanțe.”
Cu câțiva ani în urmă, Jamison, care la acea vreme era postdoctorat în laboratorul lui Ketterle, a propus un experiment similar pentru a vedea dacă pot fi observate semne de rezonanță într-un amestec de atomi și molecule răcite la o milioneme de grad peste zero absolut. Variind un câmp magnetic extern, ei au descoperit că într-adevăr ar putea capta mai multe rezonanțe în mijlocul atomilor de sodiu și al moleculelor de sodiu-litiu, pe care le-au raportat anul trecut.
Apoi, după cum raportează echipa în studiul actual, absolventul. student Park a aruncat o privire mai atentă asupra datelor.
„Ea a descoperit că una dintre acele rezonanțe nu implica atomi”, spune Ketterle. „Ea a suflat atomii cu lumină laser și o rezonanță era încă acolo, foarte ascuțită și a implicat doar molecule.”
Park a descoperit că moleculele păreau să dispară – un semn că particulele au suferit o substanță chimică. reacție — mult mai rapid decât ar face-o în mod normal, atunci când au fost expuși la un câmp magnetic foarte specific.
În experimentul lor original, Jamison și colegii au aplicat un câmp magnetic pe care l-au variat pe o gamă largă de 1.000 gaussian. gamă. Park a descoperit că moleculele de sodiu-litiu au dispărut brusc, de 100 de ori mai repede decât în mod normal, într-o mică parte din acest interval magnetic, la aproximativ 25 mili-Gauss. Aceasta este echivalentă cu lățimea unui păr uman în comparație cu un băț lung de un metru.
„Este nevoie de măsurători atente pentru a găsi acul în acest car de fân”, spune Park. „Dar am folosit o strategie sistematică pentru a mări această nouă rezonanță.”
În final, echipa a observat un semnal puternic că acest câmp particular a rezonat cu moleculele. Efectul a sporit șansa particulelor de a se lega într-un complex scurt, intermediar, care a declanșat apoi o reacție care a făcut ca moleculele să dispară.
În general, descoperirea oferă o înțelegere mai profundă a dinamicii moleculare și a chimiei. Deși echipa nu anticipează că oamenii de știință vor fi capabili să stimuleze rezonanța și să orienteze reacțiile la nivelul chimiei organice, ar putea fi posibil într-o zi să facă acest lucru la scară cuantică.
„Unul dintre principalele temele științei cuantice este studierea sistemelor de complexitate crescândă, mai ales atunci când controlul cuantic este potențial în curs”, spune John Doyle, profesor de fizică la Universitatea Harvard, care nu a fost implicat în cercetarea grupului. „Acest tip de rezonanțe, văzute mai întâi în atomi simpli și apoi în alții mai complicati, au condus la progrese uimitoare în fizica atomică. Acum că acest lucru este văzut în molecule, ar trebui mai întâi să îl înțelegem în detaliu, apoi să lăsăm imaginația să rătăcească și să ne gândim ce ar putea fi bun pentru, poate, pentru a construi molecule ultrareci mai mari, poate pentru a studia stări interesante ale materiei.”
Comentarii:
Adauga Comentariu