01 Şub 2023 (Nanowerk Haberleri) Eğer doğru perdeyi vurursa, bir şarkıcı şarap kadehini kırabilir. Nedeni rezonanstır. Çoğu akustik tona yanıt olarak cam hafifçe titreyebilirken, malzemenin kendi doğal frekansıyla rezonansa giren bir perde, camın kırılmasına neden olacak şekilde titreşimlerini aşırı yükleyebilir. Rezonans ayrıca çok daha küçük atom ve molekül ölçeğinde de meydana gelir. Parçacıklar kimyasal olarak reaksiyona girdiğinde, bu kısmen parçacıklarla kimyasal olarak bağlanmalarını sağlayacak şekilde rezonansa giren belirli koşullardan kaynaklanır. Ancak atomlar ve moleküller sürekli hareket halindedir, titreşen ve dönen hallerin bulanıklığında yaşarlar. Nihayetinde molekülleri reaksiyona sokmak için tetikleyen tam rezonans durumunu seçmek neredeyse imkansızdı. MIT fizikçileri, dergide çıkan yeni bir çalışmayla bu gizemin bir kısmını çözmüş olabilir. Tabiat (“Üçlü temel durum molekülleri arasındaki çarpışmalarda bir Feshbach rezonansı”). Ekip, çarpışan aşırı soğuk moleküllerde ilk kez bir rezonans gözlemlediklerini bildirdi. Çok özel bir manyetik alana maruz kaldıklarında aşırı soğutulmuş sodyum-lityum (NaLi) moleküllerinden oluşan bir bulutun normalden 100 kat daha hızlı kaybolduğunu buldular. Moleküllerin hızla kaybolması, manyetik alanın parçacıkları bir rezonansa ayarlayarak normalde olduğundan daha hızlı tepkimeye girmelerini sağladığının bir işaretidir.
Çarpışan iki özdeş molekül, rezonans halindeyken bir ara kompleks oluşturur. Ara kompleks, molekülleri yeni bir duruma dönüştürmek için bir reaksiyon başlatır. (Resim: Juliana Park) Bulgular, molekülleri kimyasal reaksiyona girmeye iten gizemli güçlere ışık tutuyor. Ayrıca, bilim adamlarının bir gün belirli kimyasal reaksiyonları yönlendirmek ve kontrol etmek için parçacıkların doğal rezonanslarından yararlanabileceklerini öne sürüyorlar. MIT'de John D. MacArthur Fizik Profesörü olan çalışma yazarı Wolfgang Ketterle, “Bu, iki aşırı soğuk molekül arasında ilk kez bir rezonans görüldü” diyor. "Moleküllerin o kadar karmaşık olduğu ve tek bir rezonansı bile tanıyamayacağınız yoğun bir ormana benzediği yönünde öneriler vardı. Ama 100 kat büyük bir ağaç bulduk. Tamamen beklenmedik bir şey gözlemledik.” Ketterle'nin ortak yazarları arasında baş yazar ve MIT lisansüstü öğrencisi Juliana Park, yüksek lisans öğrencisi Yu-Kun Lu, şu anda Waterloo Üniversitesi'nde olan eski MIT postdoc Alan Jamison ve Nevada Üniversitesi'nden Timur Tscherbul yer alıyor.
Çarpışan iki özdeş molekül, rezonans halindeyken bir ara kompleks oluşturur. Ara kompleks, molekülleri yeni bir duruma dönüştürmek için bir reaksiyon başlatır. (Resim: Juliana Park) Bulgular, molekülleri kimyasal reaksiyona girmeye iten gizemli güçlere ışık tutuyor. Ayrıca, bilim adamlarının bir gün belirli kimyasal reaksiyonları yönlendirmek ve kontrol etmek için parçacıkların doğal rezonanslarından yararlanabileceklerini öne sürüyorlar. MIT'de John D. MacArthur Fizik Profesörü olan çalışma yazarı Wolfgang Ketterle, “Bu, iki aşırı soğuk molekül arasında ilk kez bir rezonans görüldü” diyor. "Moleküllerin o kadar karmaşık olduğu ve tek bir rezonansı bile tanıyamayacağınız yoğun bir ormana benzediği yönünde öneriler vardı. Ama 100 kat büyük bir ağaç bulduk. Tamamen beklenmedik bir şey gözlemledik.” Ketterle'nin ortak yazarları arasında baş yazar ve MIT lisansüstü öğrencisi Juliana Park, yüksek lisans öğrencisi Yu-Kun Lu, şu anda Waterloo Üniversitesi'nde olan eski MIT postdoc Alan Jamison ve Nevada Üniversitesi'nden Timur Tscherbul yer alıyor.
Bir orta gizem
Bir molekül bulutu içinde sürekli olarak çarpışmalar meydana gelir. Parçacıklar, çılgın bilardo topları gibi birbirine çarpabilir veya "ara kompleks" olarak bilinen kısa ama çok önemli bir durumda birbirine yapışabilir ve daha sonra parçacıkları yeni bir kimyasal yapıya dönüştürmek için bir reaksiyon başlatır. Jamison, "İki molekül çarpıştığında, çoğu zaman bu ara duruma geçemezler" diyor. "Fakat rezonansta olduklarında, o duruma gitme oranı dramatik bir şekilde artıyor." Ketterle, "Ara kompleks, tüm kimyanın arkasındaki gizemdir" diye ekliyor. "Genellikle, bir kimyasal reaksiyonun reaktanları ve ürünleri bilinir, ancak birinin diğerine nasıl yol açtığı bilinmez. Moleküllerin rezonansı hakkında bir şeyler bilmek, bize bu gizemli orta durumun parmak izini verebilir." Ketterle'nin grubu, mutlak sıfırın hemen üzerindeki sıcaklıklara aşırı soğutulmuş atom ve moleküllerde rezonans işaretleri aradı. Bu tür aşırı soğuk koşullar, parçacıkların rasgele, sıcaklıkla yönlendirilen hareketini engelleyerek bilim adamlarına daha ince rezonans belirtilerini tanıma şansı verir. 1998'de Ketterle, aşırı soğuk atomlarda bu tür rezonansların ilk gözlemini yaptı. Süper soğutulmuş sodyum atomlarına çok spesifik bir manyetik alan uygulandığında, alanın Feshbach rezonansı olarak bilinen bir etkiyle atomların birbirinden dağılma şeklini geliştirdiğini gözlemledi. O zamandan beri, o ve diğerleri, hem atomları hem de molekülleri içeren çarpışmalarda benzer rezonanslar aradılar. Ketterle, "Moleküller atomlardan çok daha karmaşıktır" diyor. "Çok farklı titreşim ve dönüş durumları var. Bu nedenle, moleküllerin rezonans gösterip göstermeyeceği net değildi.”Samanlıkta iğne
Birkaç yıl önce, o sıralar Ketterle'nin laboratuvarında postdoc olan Jamison, mutlak sıfırın bir derecenin milyonda birine kadar soğutulmuş atom ve moleküllerin bir karışımında rezonans belirtilerinin gözlemlenip gözlemlenemeyeceğini görmek için benzer bir deney önerdi. Bir dış manyetik alanı değiştirerek, geçen yıl bildirdikleri sodyum atomları ve sodyum-lityum molekülleri arasında gerçekten birkaç rezonans yakalayabileceklerini keşfettiler. Ardından, ekibin mevcut çalışmada bildirdiği gibi, yüksek lisans öğrencisi Park verilere daha yakından baktı. Ketterle, "Bu rezonanslardan birinin atomları içermediğini keşfetti" diyor. "Lazer ışığıyla atomları üfledi ve bir rezonans hala oradaydı, çok keskindi ve yalnızca ilgili molekülleri içeriyordu." Park, moleküllerin çok spesifik bir manyetik alana maruz kaldıklarında normalden çok daha hızlı bir şekilde kimyasal reaksiyona girdiğinin bir işareti olarak moleküllerin kaybolduğunu buldu. Orijinal deneylerinde, Jamison ve meslektaşları geniş bir 1,000-Gauss aralığında değiştirdikleri bir manyetik alan uyguladılar. Park, sodyum-lityum moleküllerinin, bu manyetik aralığın küçük bir şeridinde, yaklaşık 100 mili-Gauss'ta, normalden 25 kat daha hızlı bir şekilde aniden kaybolduğunu buldu. Bu, bir metre uzunluğundaki bir çubuğa kıyasla bir insan saçının genişliğine eşdeğerdir. Park, "Bu samanlıkta iğneyi bulmak için dikkatli ölçümler yapmak gerekiyor" diyor. "Ancak bu yeni rezonansı yakınlaştırmak için sistematik bir strateji kullandık." Sonunda ekip, bu özel alanın moleküller ile rezonansa girdiğine dair güçlü bir sinyal gözlemledi. Etki, parçacıkların kısa, ara bir kompleks halinde bağlanma şansını artırdı ve bu da daha sonra moleküllerin yok olmasına neden olan bir reaksiyonu tetikledi. Genel olarak, keşif, moleküler dinamikler ve kimya hakkında daha derin bir anlayış sağlar. Ekip, bilim adamlarının organik kimya düzeyinde rezonansı uyarabileceğini ve reaksiyonları yönlendirebileceğini tahmin etmese de, bunu bir gün kuantum ölçeğinde yapmak mümkün olabilir. Harvard Üniversitesi'nde fizik profesörü olan ve grubun araştırmasına dahil olmayan John Doyle, "Kuantum biliminin ana temalarından biri, özellikle kuantum kontrolü potansiyel olarak tehlikede olduğunda, artan karmaşıklıktaki sistemleri incelemektir" diyor. "İlk önce basit atomlarda ve daha sonra daha karmaşık olanlarda görülen bu tür rezonanslar, atom fiziğinde inanılmaz ilerlemelere yol açtı. Artık bu moleküllerde görüldüğüne göre, önce bunu ayrıntılı olarak anlamalı, sonra hayal gücümüzün dolaşmasına izin vermeli ve bunun ne işe yarayabileceğini düşünmeliyiz, belki daha büyük aşırı soğuk moleküller inşa etmek, belki de maddenin ilginç hallerini incelemek.- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62295.php
