PORTLAND, Ore — นักวิจัยสามารถหยุดและเริ่มปฏิกิริยาเคมีระหว่างโมเลกุลที่อุณหภูมิที่เย็นกว่าความลึกของอวกาศ และคำอธิบายทางทฤษฎีใหม่ช่วยอธิบายรายละเอียดทางกลเชิงควอนตัมของปฏิกิริยาเคมีที่เย็นจัดเหล่านี้รายละเอียดที่นำเสนอในวันที่ 17 มีนาคมในที่ประชุม American Physical Society นำเสนอภาพรวมของสาขาฟิสิกส์ ultracold ที่กำลังเติบโต ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างสถานะใหม่ที่แปลกประหลาดและมีศักยภาพในการใช้งานในคอมพิวเตอร์ควอนตัมและอุปกรณ์วัดที่แม่นยำ ( SN: 12 /20/08, น. 22 ). ที่อุณหภูมิต่ำเช่นนี้ โมเลกุลจะไม่ปฏิบัติตามกฎประจำวันอีกต่อไป แต่ถูกควบคุมโดยกลศาสตร์ควอนตัมแทน
Deborah Jin และ Jun Ye จากมหาวิทยาลัยโคโลราโด
ที่โบลเดอร์และศูนย์วิจัย JILA ในโบลเดอร์ ได้ทำการทดลองซึ่งใช้เลเซอร์และสนามไฟฟ้าที่ปรับจูนอย่างแม่นยำเพื่อเริ่มต้นและหยุดปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลโพแทสเซียมรูบิเดียมที่เย็นจัดเป็นพิเศษ
Jeremy Hutson นักเคมีจาก University of Durham ในอังกฤษกล่าวว่า “เป็นการสาธิตวิธีการทำงานของกลศาสตร์ควอนตัมได้อย่างสวยงาม” การศึกษาใหม่เผยให้เห็นการมีอยู่ของผลควอนตัมที่แปลกประหลาด “ในระบบที่เรียบง่ายมากซึ่งไม่เคยมีการสำรวจมาก่อน”
นักวิจัยของมหาวิทยาลัยโคโลราโดใช้เลเซอร์ในการทำให้โมเลกุลของโพแทสเซียม-รูบิเดียมเย็นลง หยุดการเคลื่อนไหวอันรุนแรงซึ่งมักจะเป็นลักษณะของโมเลกุลที่กระวนกระวายใจ Ye กล่าวว่า “สถานะพื้นดิน” ที่เย็นจัดที่อุณหภูมิประมาณ 200 นาโนเคลวิน โมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่ช้าอย่างไม่น่าเชื่อ แต่หลังจากนั้นไม่กี่วินาที โมเลกุลก็เริ่มหายไปทีละสองส่วน
“สิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่คือเคมี” จินกล่าว โมเลกุลของโพแทสเซียม
-รูบิเดียมทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างโมเลกุลที่ประกอบด้วยโพแทสเซียม 2 อะตอมและรูบิเดียม 2 อะตอม ผลลัพธ์เหล่านี้ปรากฏในวันที่ 12 กุมภาพันธ์ในScience
ในการประชุม Jin และ Ye ได้นำเสนอผลเบื้องต้นใหม่ซึ่งแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแต่เกิดปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น แต่ยังสามารถเร่งและหยุดได้อีกด้วย โมเลกุลโพแทสเซียม-รูบิเดียมมีประจุไฟฟ้าเล็กน้อยที่ปลายแต่ละด้าน ซึ่งเป็นลบเล็กน้อยที่อะตอมโพแทสเซียมและเป็นบวกเล็กน้อยที่อะตอมรูบิเดียม โมเมนต์ไดโพลเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เหมือนที่จับขนาดเล็ก ทำให้นักวิจัยมีวิธีจัดการกับโมเลกุล เมื่อทีมเปิดสนามไฟฟ้ารอบๆ โมเลกุลที่เย็นจัด อัตราปฏิกิริยาเคมีก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก 20 หรือ 30 เท่า Jin กล่าว อะตอมรูบิเดียมที่เป็นบวกในโมเลกุลหนึ่งมีความหิวกระหายมากกว่าสำหรับอะตอมโพแทสเซียมเชิงลบของอีกโมเลกุลหนึ่ง
ในการทดลองชุดที่สอง Jin และ Ye แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาเคมีของโมเลกุลสามารถยับยั้งได้เช่นกัน เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลเรียงตัวกันตั้งแต่หัวจรดหางเท่านั้น นักวิจัยจึงสามารถล็อคโมเลกุลให้อยู่ในรูปแบบที่ป้องกันไม่ให้โมเลกุลทำปฏิกิริยาได้ ทีมงานใช้เลเซอร์ตัดก้อนโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เย็นจัดเป็นรูปร่างคล้ายแพนเค้กประมาณ 20 ชิ้นหรือบางมาก โครงสร้างที่แน่นหนานี้ช่วยป้องกันไม่ให้โมเลกุลเรียงตัวกันตั้งแต่หัวจรดหาง และปฏิกิริยาเคมีก็ถูกระงับ ทีมวิจัยพบว่า Jin กล่าว ความสามารถในการหยุดปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้ ซึ่งอาจเป็นเรื่องน่ารำคาญ ขึ้นอยู่กับการทดลอง “ปฏิกิริยาเคมีนั้นยอดเยี่ยมและสนุก” Jin กล่าว จนกระทั่งการทดลองต้องใช้โมเลกุลดั้งเดิม “ถ้าอย่างนั้นปฏิกิริยาเคมีเหล่านั้นก็เป็นปัญหา”
ผลการทดลองเน้นว่านักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมปฏิกิริยาของโมเลกุลภายใต้สภาวะต่างๆ ได้อย่างไร แต่ผลทางทฤษฎีใหม่ที่มีการรายงานในที่ประชุมได้ให้ความกระจ่างว่าโมเลกุลที่เย็นจัดจะพบกันและกันในตอนแรกได้อย่างไร Paul Julienne นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ National Institute of Standards and Technology ในเมือง Gaithersburg รัฐ Md. ได้นำเสนอคำอธิบายทางกลควอนตัมของอัตราการเกิดปฏิกิริยาของโมเลกุล ที่อุณหภูมิที่เย็นขนาดนี้ โมเลกุลจะมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นกระจายมากกว่าจุดที่ไม่ต่อเนื่องกัน Julienne และผู้ทำงานร่วมกัน Zbigniew Idziaszek จากมหาวิทยาลัยวอร์ซอในโปแลนด์พบว่าภายใต้สภาวะอากาศเย็นจัด ผลกระทบระยะยาวของคลื่นเหล่านี้ ซึ่งสามารถเข้าถึงหลายร้อยนาโนเมตร มีอิทธิพลต่อการที่โมเลกุลอยู่ใกล้กัน
เมื่อโมเลกุลอยู่ห่างจากกันไม่เกิน 1 นาโนเมตร พวกมัน “ทำปฏิกิริยาอย่างมั่นใจ” Julienne กล่าว “อัตราการเกิดปฏิกิริยานั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทำงานของกองกำลังระยะไกล” Julienne กล่าวว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่คาดการณ์ในทางทฤษฎี ซึ่งจะปรากฏในหนังสือทบทวนทางกายภาพ เร็วๆ นี้ เห็นด้วยอย่างยิ่งกับอัตราที่ Jin และ Ye สังเกตได้ในการทดลองของพวกเขา Julienne กล่าว
นักวิจัยกล่าวว่าการสะสมของโมเลกุลที่มีขั้วและเย็นมากอาจนำไปสู่รูปแบบใหม่ของสสารรวมถึงการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี คุณสมบัติภายในของโมเลกุลที่เรียกว่าสปินสามารถเก็บข้อมูลควอนตัมและสร้างพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม เป็นต้น
“สิ่งที่สวยงามคือเราสามารถควบคุมควอนตัมได้อย่างเต็มที่ในทุกระดับความเป็นอิสระของอนุภาค” Julienne กล่าว “ฉันหวังว่าเราจะสามารถทำสิ่งที่ประณีตกับโมเลกุลเหล่านี้ได้”
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
