Quando está livre no espaço frio, a molécula resfria espontaneamente, desacelerando sua rotação e perdendo energia rotacional em transições quânticas. Os físicos demonstraram que esse processo de resfriamento rotacional pode ser acelerado, desacelerado ou mesmo invertido por colisões de moléculas com partículas circundantes. .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Pesquisadores do Instituto Max-Planck de Física Nuclear na Alemanha e do Laboratório Astrofísico de Columbia conduziram recentemente um experimento com o objetivo de medir as taxas de transição quântica causadas por colisões entre moléculas e elétrons. deste rácio, que anteriormente só tinha sido estimado teoricamente.
“Quando elétrons e íons moleculares estão presentes em um gás fracamente ionizado, a população de moléculas de nível quântico mais baixo pode mudar durante as colisões”, disse Ábel Kálosi, um dos pesquisadores que conduziu o estudo, ao Phys.org.” O processo ocorre nas nuvens interestelares, onde as observações mostram que as moléculas estão predominantemente em seus estados quânticos mais baixos. A atração entre elétrons carregados negativamente e íons moleculares carregados positivamente torna o processo de colisão de elétrons particularmente eficiente.”
Durante anos, os físicos têm tentado determinar teoricamente a intensidade com que os elétrons livres interagem com as moléculas durante as colisões e, em última análise, mudam seu estado rotacional. No entanto, até agora, suas previsões teóricas não foram testadas em um ambiente experimental.
“Até agora, nenhuma medição foi feita para determinar a validade da mudança nos níveis de energia rotacional para uma determinada densidade eletrônica e temperatura”, explica Kálosi.
Para obter esta medição, Kálosi e os seus colegas colocaram moléculas carregadas isoladas em contacto próximo com electrões a temperaturas em torno de 25 Kelvin. Isto permitiu-lhes testar experimentalmente suposições teóricas e previsões delineadas em trabalhos anteriores.
Em seus experimentos, os pesquisadores usaram um anel de armazenamento criogênico do Instituto Max-Planck de Física Nuclear em Heidelberg, Alemanha, projetado para feixes de íons moleculares seletivos para espécies. é amplamente esvaziado de quaisquer outros gases de fundo.
“Em um anel criogênico, os íons armazenados podem ser resfriados radiativamente até a temperatura das paredes do anel, produzindo íons preenchidos nos níveis quânticos mais baixos”, explica Kálosi.”Anéis de armazenamento criogênicos foram construídos recentemente em vários países, mas nossas instalações são o único equipado com um feixe de elétrons especialmente projetado que pode ser direcionado para contato com íons moleculares. Os íons são armazenados por vários minutos neste anel, um laser é usado para interrogar a energia rotacional dos íons moleculares.”
Ao escolher um comprimento de onda óptico específico para seu laser de sonda, a equipe poderia destruir uma pequena fração dos íons armazenados se seus níveis de energia rotacional correspondessem a esse comprimento de onda. Eles então detectaram fragmentos das moléculas rompidas para obter os chamados sinais espectrais.
A equipe coletou suas medições na presença e ausência de colisões de elétrons. Isso permitiu detectar mudanças na população horizontal sob as condições de baixa temperatura definidas no experimento.
“Para medir o processo de colisões rotacionais que mudam o estado, é necessário garantir que haja apenas o nível de energia rotacional mais baixo no íon molecular”, disse Kálosi.”Portanto, em experimentos de laboratório, os íons moleculares devem ser mantidos em condições extremamente frias. volumes, usando resfriamento criogênico a temperaturas bem abaixo da temperatura ambiente, que geralmente fica perto de 300 Kelvin. Neste volume, as moléculas podem ser isoladas de moléculas onipresentes, radiação térmica infravermelha do nosso ambiente.”
Em seus experimentos, Kálosi e seus colegas conseguiram alcançar condições experimentais nas quais as colisões de elétrons dominam as transições radiativas. Usando elétrons suficientes, eles puderam coletar medições quantitativas de colisões de elétrons com íons moleculares CH+.
“Descobrimos que a taxa de transição rotacional induzida por elétrons corresponde às previsões teóricas anteriores”, disse Kálosi.”Nossas medições fornecem o primeiro teste experimental das previsões teóricas existentes. Prevemos que os cálculos futuros se concentrarão mais nos possíveis efeitos das colisões de elétrons nas populações de nível de energia mais baixo em sistemas quânticos frios e isolados.”
Além de confirmar pela primeira vez as previsões teóricas em um ambiente experimental, o trabalho recente deste grupo de pesquisadores pode ter importantes implicações de pesquisa. Por exemplo, suas descobertas sugerem que a medição da taxa de mudança induzida por elétrons nos níveis de energia quântica poderia ser crucial ao analisar os sinais fracos de moléculas no espaço detectadas por radiotelescópios ou reatividade química em plasmas finos e frios.
No futuro, este artigo poderá abrir caminho para novos estudos teóricos que considerem mais de perto o efeito das colisões de elétrons na ocupação dos níveis de energia quântica rotacional em moléculas frias. possibilitar a realização de experimentos mais detalhados em campo.
“No anel de armazenamento criogênico, planejamos introduzir uma tecnologia de laser mais versátil para sondar os níveis de energia rotacional de espécies moleculares mais diatômicas e poliatômicas”, acrescenta Kálosi.”Isso abrirá caminho para estudos de colisão de elétrons usando um grande número de íons moleculares adicionais . Medições laboratoriais deste tipo continuarão a ser complementadas, especialmente na astronomia observacional, utilizando observatórios poderosos como o Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, no Chile. ”
Use este formulário se encontrar erros ortográficos, imprecisões ou quiser enviar uma solicitação de edição do conteúdo desta página. Para perguntas gerais, use nosso formulário de contato. Para comentários gerais, use a seção de comentários públicos abaixo (siga as orientações).
Seu feedback é importante para nós. Porém, devido ao volume de mensagens, não garantimos respostas individuais.
Seu endereço de e-mail é usado apenas para informar aos destinatários quem enviou o e-mail. Nem seu endereço nem o endereço do destinatário serão usados para qualquer outra finalidade. As informações inseridas aparecerão em seu e-mail e não serão retidas pela Phys.org de forma alguma. forma.
Receba atualizações semanais e/ou diárias em sua caixa de entrada. Você pode cancelar a assinatura a qualquer momento e nunca compartilharemos seus dados com terceiros.
Este site utiliza cookies para auxiliar na navegação, analisar o uso de nossos serviços, coletar dados para personalização de publicidade e veicular conteúdo de terceiros. Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Privacidade e Termos de Uso.
Horário da postagem: 28 de junho de 2022