Den kryogena lagringsringen CSR vid Max Planck Institute for Nuclear Physics med elektronkylaren. Kredit:MPIK
En ensam molekyl fri i kallt utrymme kommer att svalna genom att sakta ner sin rotation - den kommer spontant att förlora sin rotationsenergi i kvantövergångar, vanligtvis bara en gång i många sekunder. Denna process kan accelereras, saktas ner eller till och med inverteras genom kollisioner med omgivande partiklar.
I ett experiment vid ultrakyllagringsringen CSR, mätte forskare från MPI för kärnfysik kvantövergångarna på grund av möten mellan molekyler och elektroner genom att bringa isolerade, laddade molekyler i kontakt med elektroner under kontrollerade förhållanden vid cirka 26 Kelvin. Sålunda kunde de göra denna hastighet – endast känd genom komplexa beräkningar hittills – tillräckligt hög för att äntligen kunna bestämmas kvantitativt i ett experiment.
Forskarna undersökte ockupationen av kvantenerginivåer i metylidenjoner (CH + ) genom laserspektroskopi under upp till 10 minuters lagring. Eftersom de spontana kvantövergångarna genererar elektromagnetisk strålning, är de också kopplade till svartkroppsexcitation av molekylerna. Således tävlar elektronerna med de allestädes närvarande strålningsinteraktionerna för att bestämma ockupationen av rotationskvantnivåer i kalla molekyler. Därför är elektroninducerade hastigheter av kvantnivåförändringar avgörande för att analysera de svaga signalerna från molekyler i rymden som detekteras av radioteleskop, eller för att förutsäga nivåberoende kemisk reaktivitet i utspädda, kalla plasma. Forskningen publiceras i Physical Review Letters . + Utforska vidare
