ปฏิกิริยาเคมีมีความซับซ้อน แม้ว่าจะมีเพียงไม่กี่โมเลกุลที่เกี่ยวข้อง การกำหนดค่าขั้นสุดท้ายจะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์จำนวนมาก ซึ่งรวมถึงโดยหลักการแล้ว ตำแหน่งที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่อิเล็กตรอนแต่ละตัวในแต่ละอะตอมสามารถครอบครองได้ในขณะที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้น การคำนวณเส้นทางโคจรเหล่านี้อยู่นอกเหนือพลังของคอมพิวเตอร์ที่ดีที่สุดในปัจจุบัน แต่นักวิจัยที่iแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในสหรัฐอเมริกา
ได้แสดง
ให้เห็นถึงทางเลือกอื่นแล้ว โดยการทำให้โมเลกุลของโพแทสเซียมและรูบิเดียมเย็นลงจนเหลือเศษเสี้ยวของระดับที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ พวกเขาลดจำนวนผลลัพธ์ของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ให้เหลือเพียง 57 จากนั้น พวกเขาตรวจสอบผลลัพธ์ทั้งหมดเหล่านี้จนถึงระดับของสถานะควอนตัมแต่ละสถานะ
ซึ่งปูทางไปสู่ เข้าใจเคมีได้ดีขึ้น เมื่อโมเลกุลถูกทำให้เย็นลงใกล้ 0 K พวกมันจะเข้าสู่สถานะกราวด์เชิงกลเชิงควอนตัมสัมบูรณ์ โดยมีระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ การสั่น และการหมุนที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นอกจากนี้ พลังงานจลน์ของพวกมันซึ่งควบคุมการเคลื่อนที่ผ่านอวกาศ มีขนาดเล็กลง
อย่างไร้ค่า โมเลกุล จึงเป็นเตียงทดสอบที่เหมาะสำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองควอนตัมไดนามิกของปฏิกิริยา ปฏิกิริยา ในการศึกษาของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในวารสานั้นi และเพื่อนร่วมงานของเธอมุ่งเน้นไปที่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของโพแทสเซียม-รูบิเดียม (KRb) ที่เย็นมากเป็นพิเศษ
แลกเปลี่ยนอะตอมเพื่อสร้าง K 2 และ Rb 2 ปฏิกิริยานี้จะปลดปล่อยพลังงานออกมา (เป็นพลังงานจากภายนอก) แต่พลังงานที่ปล่อยออกมานั้นไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นการเคลื่อนที่แบบสั่นในโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ ซึ่งหมายความว่าพลังงานทั้งหมดจะต้องเข้าสู่การเคลื่อนที่แบบหมุนและแบบแปลแทน
(พลังงานหดตัว)ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ แบบจำลองทางสถิติควอนตัมที่รวมถึงการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมทำนายว่าจำนวนของคู่สถานะควอนตัมร่วมที่เป็นไปได้ในโมเลกุลของผลิตภัณฑ์นั้นค่อนข้างน้อยที่ 57 อย่างไรก็ตาม การวัดสถานะเหล่านี้ยังคงไม่ใช่เรื่องง่ายและต้องใช้ เทคนิคพิเศษ.
นักวิจัย
ตรวจพบสถานะการหมุนของโมเลกุล K 2และ Rb 2 ของพวกเขา โดยการทำให้แตกตัวเป็นไอออนด้วยพัลส์เลเซอร์ กระบวนการไอออไนเซชันเป็นแบบเฉพาะเจาะจง ซึ่งจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อความถี่ของเลเซอร์ตรงกับช่องว่างในระดับพลังงานของโมเลกุล ซึ่งจะแตกต่างกันไปในแต่ละสถานะการหมุน
จากนั้นโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออนจะบินผ่านชุดของขั้วไฟฟ้าแบบวงกลม (ทั้งหมดรวมอยู่ในห้องปฏิกิริยา) ซึ่ง ณ จุดนั้นสนามไฟฟ้าจะขับเคลื่อนพวกมันไปยังเครื่องตรวจจับที่ไวต่อตำแหน่ง เมื่อนักวิจัยทำแผนที่ความถี่ของสถานะการหมุนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา พวกเขาเปลี่ยนความถี่เลเซอร์ให้ตรงกับระดับ
พลังงานของสถานะการหมุนรอบถัดไป และทำซ้ำขั้นตอนจนกว่าการสำรวจจะเสร็จสมบูรณ์ และเพื่อนร่วมงานจำเป็นต้องตรวจสอบว่าโมเลกุลที่ตรวจพบนั้นเกิดขึ้นในเหตุการณ์ปฏิกิริยาเดียวกันหรือไม่ สำหรับสิ่งนี้ พวกเขาใช้หลักการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงเส้น เมื่อโมเลกุล KRb 2 โมเลกุล
ที่มีโมเมนต์คล้ายกันชนกัน โมเลกุล K 2และ Rb 2 ที่เป็นผลลัพธ์ จะบินออกจากกันด้วยโมเมนตาที่เท่ากันแต่ตรงข้ามกัน ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลของผลิตภัณฑ์มาถึงเครื่องตรวจจับในตำแหน่งต่างๆ กัน แต่การมาถึงสามารถสัมพันธ์กันได้ ความสัมพันธ์นี้ทำให้นักวิจัยสามารถแยกแยะผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา
จากโมเลกุลที่เกิดขึ้นในกระบวนการอื่นได้ แบบจำลองควอนตัมไดนามิกในการทดลองชุดหนึ่ง (ซึ่งส่วนใหญ่ดำเนินการจากระยะไกลเพื่อให้สอดคล้องกับข้อจำกัดของโควิด) ทีมงานของฮาร์วาร์ดวัดความน่าจะเป็นของการกระเจิงสำหรับผลิตภัณฑ์ทั้งหมด 57 รายการที่อนุญาตให้มีคู่สถานะการหมุน
พวกเขาพบว่าในขณะที่ความน่าจะเป็น 50 รายการตรงกับการคาดการณ์ทางทฤษฎี แต่อีก 7 รายการที่เหลือไม่เป็นเช่นนั้น หนึ่งในผลลัพธ์ที่ไม่ตรงกันเหล่านี้ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นใกล้กับขีดจำกัดของพลังงานภายนอก ซึ่งพลังงานส่วนใหญ่จับคู่กับการเคลื่อนที่แบบหมุนเท่านั้น สิ่งนี้ทำให้พลังงานหดตัวน้อยมาก
สำหรับ
ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่จะแยกออกจากกันและถูกตรวจพบ หมายความว่าการขาดข้อตกลงทางทฤษฎีอาจเป็นสิ่งประดิษฐ์ของระบบการวัดของทีม อย่างไรก็ตาม การเบี่ยงเบนอื่นๆ ไม่มีคำอธิบายที่ตรงไปตรงมา และขัดแย้งกับการคาดคะเนว่าสถานะผลิตภัณฑ์ทั้งหมดควรมีความน่าจะเป็นเท่ากันในการขึ้นรูป
“สำหรับนักเคมีเชิงกายภาพหลายคน มันเป็นความฝันระยะยาวที่จะสามารถติดตามปฏิกิริยาเคมีตั้งแต่ต้นจนจบที่ระดับการแก้ไขสถานะควอนตัม” Ni กล่าว “งานนี้เราบรรลุผลสำเร็จแล้ว” Ni ตั้งข้อสังเกตว่าการเบี่ยงเบนที่พวกเขาสังเกตเห็น “อาจไม่เข้าใจอีก 10-20 ปี จนกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัม
จะแก้ปัญหาการคำนวณไดนามิกของปฏิกิริยาควอนตัม” อย่างไรก็ตาม เธอสรุปว่า “ข้อมูลมีไว้สำหรับการเปรียบเทียบทฤษฎีในอนาคตว่าข้อมูลนั้นจะพร้อมใช้งานเมื่อใด” “ความสำเร็จครั้งสำคัญ”นักเคมีกายภาพ ในลาสเวกัส สหรัฐอเมริกา ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้กล่าวว่าการทำแผนที่สถานะควอนตัม
ของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอย่างแม่นยำเป็น “ความสำเร็จที่สำคัญซึ่งไม่มีกลุ่มวิจัยอื่นทำสำเร็จสำหรับ ปฏิกิริยาเคมีในระบบการปกครองแบบเย็นพิเศษ” เขากล่าวเสริมว่าการทดลอง “ให้ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งมากขึ้นเกี่ยวกับเคมีและในขณะเดียวกันก็ท้าทายทฤษฎี ความพร้อมใช้งานของผลการทดลอง
จะกระตุ้นให้นักทฤษฎีพัฒนาวิธีการใหม่ ๆ (และเปรียบเทียบพวกเขา) เพื่อศึกษาปฏิกิริยาของอะตอมสี่อะตอมในระดับนี้ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ต่อด้านอื่น ๆ ของเคมีด้วย” ในขั้นตอนต่อไป สมาชิกของทีม Harvard วางแผนที่จะทำให้ระบบของพวกเขาทำงานเกี่ยวกับปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลกับอะตอม
แนะนำ 666slotclub / hob66
