Menggunakan molekul bergetar untuk menyelidiki sifat gelombang materi

Dalam perangkap ion (abu-abu), ion partikel HD + (pasangan titik kuning dan merah) diiradiasi oleh gelombang laser (merah). Ini memberikan lompatan kuantum, yang mengubah status getaran ion molekuler. Kredit: HHU / Sarosh Aliganbari

Sekitar 100 tahun yang lalu, sebuah penemuan revolusioner dibuat di bidang fisika: materi mikroskopis menunjukkan sifat gelombang. Selama beberapa dekade, eksperimen yang lebih tepat telah digunakan, terutama untuk mengukur sifat gelombang elektron. Sebagian besar eksperimen ini didasarkan pada analisis spektral hidrogen Atom Dan mereka sudah bisa memverifikasinya Ketepatan Teori elektron kuantum.

Untuk partikel elementer yang lebih berat – misalnya proton – dan nukleoid (inti atom), sifat gelombangnya sulit diukur secara akurat. Pada prinsipnya, bagaimanapun, fitur ini terlihat di mana-mana. Dalam molekul, sifat gelombang inti atom terlihat jelas dan dapat diamati dalam getaran internal inti atom terhadap satu sama lain. Getaran seperti itu dimungkinkan oleh elektron dalam molekul, yang membentuk ikatan antar inti yang ‘lunak’ bukan kaku. Misalnya, getaran atom terjadi di setiap molekul gas dalam kondisi normal, seperti di udara.

Sifat gelombang nukleus dibuktikan dengan fakta bahwa getaran tidak dapat memiliki gaya sembarangan – yaitu energi – seperti dalam kasus liontin, misalnya. Sebaliknya, nilai yang tepat dan terisolasi, yang hanya dikenal sebagai nilai ‘terkuantisasi’ untuk energi, dimungkinkan.

Energi getaran terendah dapat diperoleh dari energi cahaya dalam molekul lompatan kuantum pada posisi energi yang lebih tinggi, yang panjang gelombangnya diatur dengan tepat sehingga sesuai dengan energi perbedaan antara kedua keadaan.

Perangkap ion molekuler

Alat untuk menyimpan ion molekuler. Kredit: HHU / David Offenberg

Untuk menyelidiki sifat gelombang nukleoid dengan sangat akurat, diperlukan pengukuran gaya ikatan yang sangat akurat pada molekul tertentu dan pengetahuan yang sangat akurat, karena ini menentukan gerakan gelombang nukleoid. Maka dimungkinkan untuk memeriksa hukum dasar alam dengan membandingkan pernyataan spesifik mereka untuk inti yang diselidiki dengan hasil pengukuran.

Sayangnya, masih tidak mungkin untuk membuat prediksi teoritis yang tepat tentang gaya pengikatan molekul secara umum – menerapkan teori kuantum tidak terlalu rumit untuk matematika. Akibatnya, tidak mungkin untuk menyelidiki secara akurat sifat gelombang dari setiap molekul tertentu. Ini hanya dapat dicapai terutama oleh molekul biasa.

Bersama dengan VI Krobov, rekan lama di Laboratorium Fisika Teoretis Bogoliovov di Institut Penelitian Atom Dubna, Rusia, tim peneliti Profesor Schiller berdedikasi pada molekul seperti ion molekul hidrogen HD +. HD + mengandung proton (P) dan nukleoid deuteron (D). Keduanya bergabung bersama oleh satu elektron. Kesederhanaan relatif dari molekul ini berarti bahwa perhitungan teoritis yang sangat akurat sekarang dapat dilakukan. Itu dicapai oleh Korov VI setelah melanjutkan perhitungannya selama lebih dari dua puluh tahun.

Untuk molekul bermuatan, seperti molekul hidrogen, teknik pengukuran yang dapat diakses tetapi sangat tepat belum ditemukan baru-baru ini. Tahun lalu, tim yang dipimpin oleh Profesor Schiller mengembangkan teknik spektral inovatif untuk menyelidiki rotasi ion molekuler. Radioaktif yang digunakan kemudian diberi tanda ‘radiasi terahertz’, yang panjangnya sekitar 0,2 mm.

Tim sekarang telah mampu menunjukkan bahwa metode yang sama digunakan untuk eksitasi getaran molekul menggunakan radiasi dengan panjang gelombang 50 kali lebih kecil. Untuk melakukan ini, mereka harus mengembangkan laser dengan frekuensi tajam yang sejenis global

Mereka menunjukkan bahwa teknik spektral yang ditingkatkan ini memiliki potensi resolusi untuk panjang gelombang radiasi untuk eksitasi getaran yang 10.000 kali lebih tinggi daripada teknik sebelumnya yang digunakan untuk ion molekuler. Gangguan sistematik pada keadaan getaran ion molekuler, misalnya gangguan pada medan listrik dan magnet, juga dapat ditekan dengan faktor 400.

Pada akhirnya, dikemukakan bahwa prediksi teori kuantum tentang perilaku inti atom proton dan deuton konsisten dengan eksperimen dengan nonsense relatif kurang dari 3 bagian per 100 miliar.

Jika diasumsikan prediksi Korobov keenam berdasarkan teori kuantum telah selesai, hasil pengujian juga dapat diinterpretasikan secara berbeda – seperti penentuan perbandingan massa elektron untuk mengisi sebuah proton. Nilai yang diperoleh sangat konsisten dengan nilai yang secara eksperimental ditentukan oleh kelompok fungsional lain dengan menggunakan teknik pengukuran yang sangat berbeda.

Profesor Sheila menekankan: “Kami kagum pada seberapa baik tes itu bekerja. Dan kami percaya bahwa teknologi yang kami buat tidak hanya berlaku untuk molekul ‘khusus’ kami, tetapi juga untuk konteks yang lebih luas. Anda akan kagum melihat bagaimana kelompok kerja lain telah mengadopsi teknologi! “

Referensi: IV Kortunov, S. Oleh Alighanbari, MG Hansen, GS Giri, VI Korov dan S. Schiller, 18 Februari 2021, “Rasio massa proton-elektron dibandingkan dengan resolusi desain ion yang lebih tinggi dalam rezim pembawa larutan” Fisika Alam.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01150-7

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Peralihan rahasia yang luar biasa terbuka yang dapat merevolusi pengobatan serangan jantung

Para peneliti di Victor Chang Institute for Heart Research di Sydney telah menemukan gen baru yang penting yang kami harap dapat membantu jantung manusia...

Newsletter

Subscribe to stay updated.