लेजर तकनीक का उपयोग करके मापा गया आणविक आयन-इलेक्ट्रॉन टकराव की घूर्णी शीतलन

जब यह ठंडे स्थान में मुक्त होता है, तो अणु अपने घूर्णन को धीमा करके और क्वांटम संक्रमणों में घूर्णी ऊर्जा को खोकर स्वतः ही ठंडा हो जाएगा। भौतिकविदों ने दिखाया है कि इस घूर्णी शीतलन प्रक्रिया को आसपास के कणों के साथ अणुओं के टकराव से त्वरित, धीमा या उलटा भी किया जा सकता है। .googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
जर्मनी में मैक्स-प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर फिजिक्स और कोलंबिया एस्ट्रोफिजिकल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने हाल ही में अणुओं और इलेक्ट्रॉनों के बीच टकराव के कारण क्वांटम संक्रमण दर को मापने के उद्देश्य से एक प्रयोग किया। फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित उनके निष्कर्ष, पहला प्रायोगिक साक्ष्य प्रदान करते हैं। इस अनुपात का, जो पहले केवल सैद्धांतिक रूप से अनुमानित किया गया है।
"जब इलेक्ट्रॉन और आणविक आयन कमजोर आयनित गैस में मौजूद होते हैं, तो अणुओं की सबसे कम क्वांटम-स्तर की आबादी टकराव के दौरान बदल सकती है," अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं में से एक, बेल कलोसी ने Phys.org को बताया। "इसका एक उदाहरण प्रक्रिया तारे के बीच के बादलों में होती है, जहां प्रेक्षणों से पता चलता है कि अणु मुख्य रूप से अपनी सबसे कम क्वांटम अवस्थाओं में हैं।ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आवेशित आणविक आयनों के बीच आकर्षण इलेक्ट्रॉन टकराव की प्रक्रिया को विशेष रूप से कुशल बनाता है।"
वर्षों से, भौतिक विज्ञानी सैद्धांतिक रूप से यह निर्धारित करने की कोशिश कर रहे हैं कि टकराव के दौरान मुक्त इलेक्ट्रॉन अणुओं के साथ कितनी दृढ़ता से बातचीत करते हैं और अंततः उनकी घूर्णी अवस्था को बदलते हैं। हालाँकि, अब तक, उनकी सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का परीक्षण प्रायोगिक सेटिंग में नहीं किया गया है।
"अब तक, किसी दिए गए इलेक्ट्रॉन घनत्व और तापमान के लिए घूर्णी ऊर्जा स्तरों में परिवर्तन की वैधता को निर्धारित करने के लिए कोई माप नहीं किया गया है," कलोसी बताते हैं।
इस माप को इकट्ठा करने के लिए, कलोसी और उनके सहयोगियों ने अलग-अलग आवेशित अणुओं को लगभग 25 केल्विन के तापमान पर इलेक्ट्रॉनों के निकट संपर्क में लाया। इससे उन्हें पिछले कार्यों में उल्लिखित सैद्धांतिक मान्यताओं और भविष्यवाणियों का प्रयोगात्मक परीक्षण करने की अनुमति मिली।
अपने प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने जर्मनी के हीडलबर्ग में मैक्स-प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर फिजिक्स में क्रायोजेनिक स्टोरेज रिंग का इस्तेमाल किया, जिसे प्रजाति-चयनात्मक आणविक आयन बीम के लिए डिज़ाइन किया गया था। इस रिंग में, अणु क्रायोजेनिक वॉल्यूम में रेसट्रैक जैसी कक्षाओं में चलते हैं। किसी भी अन्य पृष्ठभूमि गैसों से काफी हद तक खाली है।
"एक क्रायोजेनिक रिंग में, संग्रहीत आयनों को रिंग की दीवारों के तापमान पर विकिरणित रूप से ठंडा किया जा सकता है, कम से कम कुछ क्वांटम स्तरों पर भरे हुए आयन," कलोसी बताते हैं। "क्रायोजेनिक स्टोरेज रिंग हाल ही में कई देशों में बनाए गए हैं, लेकिन हमारी सुविधा है केवल एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए इलेक्ट्रॉन बीम से लैस है जिसे आणविक आयनों के संपर्क में निर्देशित किया जा सकता है।इस रिंग में आयनों को कई मिनट तक संग्रहीत किया जाता है, आणविक आयनों की घूर्णी ऊर्जा की पूछताछ के लिए एक लेजर का उपयोग किया जाता है। ”
अपने जांच लेजर के लिए एक विशिष्ट ऑप्टिकल तरंगदैर्ध्य चुनकर, टीम संग्रहित आयनों के एक छोटे से अंश को नष्ट कर सकती है यदि उनके घूर्णन ऊर्जा स्तर उस तरंगदैर्ध्य से मेल खाते हैं। तब उन्होंने तथाकथित स्पेक्ट्रल सिग्नल प्राप्त करने के लिए बाधित अणुओं के टुकड़ों का पता लगाया।
टीम ने इलेक्ट्रॉन टकराव की उपस्थिति और अनुपस्थिति में उनके माप एकत्र किए। इससे उन्हें प्रयोग में निर्धारित निम्न तापमान स्थितियों के तहत क्षैतिज आबादी में परिवर्तन का पता लगाने की अनुमति मिली।
कलोसी ने कहा, "घूर्णन राज्य-परिवर्तनकारी टकरावों की प्रक्रिया को मापने के लिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि आणविक आयन में केवल सबसे कम घूर्णी ऊर्जा स्तर हो।" इसलिए, प्रयोगशाला प्रयोगों में, आणविक आयनों को अत्यधिक ठंड में रखा जाना चाहिए। वॉल्यूम, क्रायोजेनिक कूलिंग का उपयोग करके कमरे के तापमान से काफी नीचे के तापमान पर, जो अक्सर 300 केल्विन के करीब होता है।इस मात्रा में, अणुओं को सर्वव्यापी अणुओं, हमारे पर्यावरण के इन्फ्रारेड थर्मल विकिरण से अलग किया जा सकता है।
अपने प्रयोगों में, कलोसी और उनके सहयोगी प्रायोगिक स्थितियों को प्राप्त करने में सक्षम थे जिसमें इलेक्ट्रॉन टकराव विकिरण संक्रमणों पर हावी थे। पर्याप्त इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके, वे सीएच + आणविक आयनों के साथ इलेक्ट्रॉन टकराव की मात्रात्मक माप एकत्र कर सकते थे।
"हमने पाया कि इलेक्ट्रॉन-प्रेरित घूर्णी संक्रमण दर पिछली सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से मेल खाती है," कलोसी ने कहा। "हमारे माप मौजूदा सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का पहला प्रयोगात्मक परीक्षण प्रदान करते हैं।हम अनुमान लगाते हैं कि भविष्य की गणना ठंड, पृथक क्वांटम सिस्टम में सबसे कम ऊर्जा-स्तर की आबादी पर इलेक्ट्रॉन टकराव के संभावित प्रभावों पर अधिक ध्यान केंद्रित करेगी।
पहली बार एक प्रयोगात्मक सेटिंग में सैद्धांतिक भविष्यवाणियों की पुष्टि करने के अलावा, शोधकर्ताओं के इस समूह के हालिया काम में महत्वपूर्ण शोध प्रभाव हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, उनके निष्कर्ष बताते हैं कि क्वांटम ऊर्जा स्तरों में परिवर्तन की इलेक्ट्रॉन-प्रेरित दर को मापना हो सकता है रेडियो टेलीस्कोप या पतले और ठंडे प्लाज़्मा में रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा पता लगाए गए अंतरिक्ष में अणुओं के कमजोर संकेतों का विश्लेषण करते समय महत्वपूर्ण।
भविष्य में, यह पेपर नए सैद्धांतिक अध्ययनों का मार्ग प्रशस्त कर सकता है जो ठंडे अणुओं में घूर्णी क्वांटम ऊर्जा स्तरों के कब्जे पर इलेक्ट्रॉन टकराव के प्रभाव पर अधिक बारीकी से विचार करते हैं। इससे यह पता लगाने में मदद मिल सकती है कि इलेक्ट्रॉन टकराव का सबसे मजबूत प्रभाव कहां है, जिससे क्षेत्र में अधिक विस्तृत प्रयोग करना संभव है।
"क्रायोजेनिक स्टोरेज रिंग में, हम अधिक डायटोमिक और पॉलीएटोमिक आणविक प्रजातियों के घूर्णी ऊर्जा स्तरों की जांच के लिए अधिक बहुमुखी लेजर तकनीक पेश करने की योजना बना रहे हैं," कलोसी कहते हैं। "यह बड़ी संख्या में अतिरिक्त आणविक आयनों का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन टकराव के अध्ययन का मार्ग प्रशस्त करेगा। .इस प्रकार के प्रयोगशाला मापों का पूरक होना जारी रहेगा, विशेष रूप से चिली में अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलिमीटर एरे जैसे शक्तिशाली वेधशालाओं का उपयोग करते हुए अवलोकन संबंधी खगोल विज्ञान में।"
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