Ngày 01 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Nếu cô ấy đánh đúng cao độ, một ca sĩ có thể làm vỡ ly rượu. Lý do là cộng hưởng. Mặc dù kính có thể rung nhẹ khi phản ứng với hầu hết các âm thanh, nhưng cường độ cộng hưởng với tần số tự nhiên của vật liệu có thể khiến các rung động của nó trở nên quá mức, khiến kính bị vỡ. Sự cộng hưởng cũng xảy ra ở quy mô nguyên tử và phân tử nhỏ hơn nhiều. Khi các hạt phản ứng hóa học, một phần là do các điều kiện cụ thể cộng hưởng với các hạt theo cách thúc đẩy chúng liên kết hóa học. Nhưng các nguyên tử và phân tử không ngừng chuyển động, tồn tại trong một trạng thái dao động và quay mờ. Gần như không thể chọn ra trạng thái cộng hưởng chính xác cuối cùng kích hoạt các phân tử phản ứng. Các nhà vật lý của MIT có thể đã giải mã được một phần bí ẩn này với một nghiên cứu mới xuất hiện trên tạp chí Thiên nhiên (“Cộng hưởng Feshbach trong va chạm giữa các phân tử bộ ba trạng thái cơ bản”). Nhóm nghiên cứu báo cáo rằng lần đầu tiên họ đã quan sát thấy sự cộng hưởng trong các phân tử cực lạnh va chạm. Họ phát hiện ra rằng một đám mây phân tử natri-lithium (NaLi) siêu lạnh biến mất nhanh hơn 100 lần so với bình thường khi tiếp xúc với một từ trường rất cụ thể. Sự biến mất nhanh chóng của các phân tử là dấu hiệu cho thấy từ trường đã điều chỉnh các hạt thành cộng hưởng, khiến chúng phản ứng nhanh hơn bình thường. Hai phân tử giống hệt nhau đang va chạm tạo thành một phức hợp trung gian khi chúng cộng hưởng. Phức hợp trung gian tạo ra một phản ứng để biến các phân tử sang trạng thái mới. (Hình ảnh: Công viên Juliana) Những phát hiện này đã làm sáng tỏ các lực bí ẩn thúc đẩy các phân tử phản ứng hóa học. Họ cũng gợi ý rằng một ngày nào đó các nhà khoa học có thể khai thác sự cộng hưởng tự nhiên của các hạt để điều khiển và kiểm soát một số phản ứng hóa học. Tác giả nghiên cứu Wolfgang Ketterle, Giáo sư Vật lý John D. MacArthur tại MIT cho biết: “Đây là lần đầu tiên người ta quan sát thấy sự cộng hưởng giữa hai phân tử cực lạnh. “Có ý kiến ​​cho rằng các phân tử phức tạp đến mức chúng giống như một khu rừng rậm rạp, nơi bạn không thể nhận ra bất kỳ sự cộng hưởng nào. Nhưng chúng tôi đã tìm thấy một cây lớn nổi bật, với hệ số 100. Chúng tôi đã quan sát thấy một điều hoàn toàn bất ngờ.” Các đồng tác giả của Ketterle bao gồm tác giả chính và sinh viên tốt nghiệp MIT Juliana Park, sinh viên tốt nghiệp Yu-Kun Lu, cựu tiến sĩ MIT Alan Jamison, hiện đang làm việc tại Đại học Waterloo và Timur Tscherbul tại Đại học Nevada.

Một bí ẩn giữa

Trong một đám mây phân tử, va chạm xảy ra liên tục. Các hạt có thể va vào nhau như những quả bóng bi-a điên cuồng hoặc dính vào nhau trong một trạng thái ngắn nhưng quan trọng được gọi là “phức hợp trung gian”, sau đó kích hoạt phản ứng biến đổi các hạt thành một cấu trúc hóa học mới. Jamison nói: “Khi hai phân tử va chạm, hầu hết thời gian chúng không chuyển sang trạng thái trung gian đó. “Nhưng khi chúng cộng hưởng với nhau, tỷ lệ đi đến trạng thái đó tăng lên đáng kể.” Ketterle cho biết thêm: “Phức chất trung gian là bí ẩn đằng sau toàn bộ hóa học. “Thông thường, các chất phản ứng và sản phẩm của một phản ứng hóa học được biết đến, nhưng không biết cách cái này dẫn đến cái kia. Biết điều gì đó về sự cộng hưởng của các phân tử có thể cho chúng ta dấu vết của trạng thái trung gian bí ẩn này.” Nhóm của Ketterle đã tìm kiếm các dấu hiệu cộng hưởng trong các nguyên tử và phân tử được làm lạnh siêu tốc, tới nhiệt độ ngay trên độ không tuyệt đối. Những điều kiện cực lạnh như vậy ức chế chuyển động ngẫu nhiên, được điều khiển bởi nhiệt độ của các hạt, giúp các nhà khoa học có cơ hội tốt hơn để nhận ra bất kỳ dấu hiệu cộng hưởng tinh vi nào. Năm 1998, Ketterle thực hiện quan sát đầu tiên về sự cộng hưởng như vậy trong các nguyên tử cực lạnh. Ông quan sát thấy rằng, khi một từ trường rất đặc biệt được áp dụng cho các nguyên tử natri siêu lạnh, trường này tăng cường cách các nguyên tử phân tán lẫn nhau, trong một hiệu ứng được gọi là cộng hưởng Feshbach. Kể từ đó, ông và những người khác đã tìm kiếm những cộng hưởng tương tự trong các va chạm liên quan đến cả nguyên tử và phân tử. Ketterle nói: “Các phân tử phức tạp hơn nhiều so với các nguyên tử. “Chúng có rất nhiều trạng thái dao động và quay khác nhau. Do đó, không rõ liệu các phân tử có thể hiện sự cộng hưởng hay không.”

Kim trong đống cỏ khô

Vài năm trước, Jamison, lúc đó đang là nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Ketterle, đã đề xuất một thí nghiệm tương tự để xem liệu các dấu hiệu cộng hưởng có thể được quan sát thấy trong hỗn hợp nguyên tử và phân tử được làm lạnh xuống một phần triệu độ trên độ không tuyệt đối hay không. Bằng cách thay đổi từ trường bên ngoài, họ phát hiện ra rằng họ thực sự có thể thu được một số cộng hưởng giữa các nguyên tử natri và phân tử natri-lithium, mà họ đã báo cáo vào năm ngoái. Sau đó, khi nhóm báo cáo trong nghiên cứu hiện tại, nghiên cứu sinh Park đã xem xét kỹ hơn dữ liệu. “Cô ấy phát hiện ra rằng một trong những cộng hưởng đó không liên quan đến nguyên tử,” Ketterle nói. “Cô ấy đã thổi bay các nguyên tử bằng ánh sáng laze, và một cộng hưởng vẫn còn đó, rất sắc nét và chỉ liên quan đến các phân tử.” Park phát hiện ra rằng các phân tử dường như biến mất — một dấu hiệu cho thấy các hạt trải qua phản ứng hóa học — nhanh hơn nhiều so với bình thường, khi chúng tiếp xúc với một từ trường rất đặc biệt. Trong thí nghiệm ban đầu của họ, Jamison và các đồng nghiệp đã áp dụng một từ trường mà họ thay đổi trong phạm vi rộng 1,000 Gaussian. Park phát hiện ra rằng các phân tử natri-lithium đột nhiên biến mất, nhanh hơn 100 lần so với bình thường, trong một mảnh nhỏ của phạm vi từ tính này, vào khoảng 25 milli-Gaussian. Điều đó tương đương với chiều rộng của một sợi tóc người so với một cây gậy dài hàng mét. Park nói: “Cần phải đo lường cẩn thận để tìm ra cây kim trong đống cỏ khô này. “Nhưng chúng tôi đã sử dụng một chiến lược có hệ thống để phóng to sự cộng hưởng mới này.” Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy một tín hiệu mạnh mẽ rằng trường đặc biệt này cộng hưởng với các phân tử. Hiệu ứng này đã tăng cường cơ hội liên kết của các hạt trong một phức hợp trung gian, ngắn ngủi, sau đó kích hoạt phản ứng làm cho các phân tử biến mất. Nhìn chung, phát hiện này cung cấp sự hiểu biết sâu sắc hơn về động lực học phân tử và hóa học. Mặc dù nhóm nghiên cứu không dự đoán các nhà khoa học có thể kích thích sự cộng hưởng và điều khiển các phản ứng ở cấp độ hóa học hữu cơ, nhưng một ngày nào đó có thể làm được như vậy ở quy mô lượng tử. John Doyle, giáo sư vật lý tại Đại học Harvard, người không tham gia vào nghiên cứu của nhóm, cho biết: “Một trong những chủ đề chính của khoa học lượng tử là nghiên cứu các hệ thống có độ phức tạp ngày càng tăng, đặc biệt là khi khả năng kiểm soát lượng tử đang diễn ra. “Những loại cộng hưởng này, lần đầu tiên được nhìn thấy trong các nguyên tử đơn giản và sau đó là những nguyên tử phức tạp hơn, đã dẫn đến những tiến bộ đáng kinh ngạc trong vật lý nguyên tử. Bây giờ điều này được nhìn thấy trong các phân tử, trước tiên chúng ta nên hiểu nó một cách chi tiết, sau đó để trí tưởng tượng lang thang và nghĩ xem nó có ích gì, có lẽ là xây dựng các phân tử siêu lạnh lớn hơn, có lẽ là nghiên cứu các trạng thái thú vị của vật chất.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62295.php