2 hafta önce
2 hafta önce

Aşırı soğuk moleküllerin arasındaki tepkime kuantum istatistiğinin sınırlarını ortaya çıkardı


ABD ve Çin’deki araştırmacılar, aşırı soğuk potasyum rubidyum dimerlerinde garip sonuçlar buldu, kuantum etkilerinin kuantum istatistik modelinden sapmalara niçin bulunduğunu ilk kez ortaya koydu. Kuantum istatistik modeli fizyolojik kimyanın en sağlam teorilerinden biri olarak görülmektedir.

Kimyasal tepkimeler bir elektronik orbital grubunun başka bir gruba son aşama karmaşık bir şekilde geçmesi ile olmaktadır, sadece bu anlamda tepkimeleri modellemek için ihtiyaç duyulan eşitlikler, çoğunlukla çözebileceklerimizin ötesinde olmaktadır. Kimyacılar bu sebepten dolayı bir tepkimenin yolunu belirlemek için çoklu yaklaşımlara bel bağlamaktadır.

Atomlar yada moleküller tepkimeye girdiğinde, ürünler geçişsel, dönüşsel, titreşimsel ve enerjetik kuantum hallerinin bir karışımı biçiminde üretilebilmektedir. Hangi halin üretileceği, reaktiflerin hallerindeki enerjinin saniyenin ufak bir kesrinde oluşan geçişsel kompleksleri iyi mi etkilediğine bağlıdır. Bu ara komplekslerin yüzlerce değişik kuantum halleri olabilir, pek bir çok da aynı ürün haline götürmektedir. Tepkime dinamiğinde popüler bir kabul, her ara kuantum halinin eşit derecede ihtimaller içinde olduğudur. Bu sebeple, belirli bir ürün haline götürecek ne kadar fazla ara kuantum hal var ise, ürünün hali o denli büyük olasılıkla bu olmaktadır.

Son çalışmalarında, Kang-Kuen Ni (Harvard Üniversitesi) ve arkadaşları potasyum-rubidyum dimerlerini (KRb) bir optik tuzakta kuantum temel hallerine kadar soğuttu (mutlak sıfıra oldukca yakın bir ısı). İki KRb dimeri çarpıştığında, ayrı potasyum (K2) ve rubidyum (Rb2) molekülleri oluşturacak şekilde tepkimeye girebiliyor. Bu tepkime ısı veriyor ve 500nK’de bile kendiliğinden oluşabiliyor. Araştırmacılar ürünlerin 57 ihtimaller içinde kuantum halinin istatistik haritalamasını yapmış oldu ve aynı tepkimeden oluşan ürünleri karşılaştırdı, ve sonuçların istatistik tahminlerin hangi aşamasında saptığını araştırdı.

Deneysel olarak belirlenmiş ürün hal dağılımı (solda) ve ürün dönüşsel hal çiftleri, kuantum istatistik teoriden türetilmiş sayılarla temsil edilen soysuzlukları (sağda)

Araştırmacılar, ürünlerin devasa yükseklikte açısal momentuma haiz olduğu bir halin güçlü derecede bastırıldığını tespit etti. Araştırmacılara gore, bunun sebebi ürünlerin dönüşlerine oldukca fazla enerji harcanırken, moleküllerin potansiyel kuyularından kaçmak için kalan geçişsel kinetik enerjinin yetersiz olması ve molekülün kırılmasıdır. Tepkime bu yüzden asla tamamlanamayabilir. Bu aşırı örneği bir kenara koyarsak, ürün dimerlerinin yüksek ve oldukca benzer açısal momentumlarının bulunmuş olduğu ürün halleri istatistik modelle karşılaştırıldığında tercih edilmektedir. Bunun sebepleri ise, sonuçların tahmin edilmesi için tam bir kuantum simülasyonu yürütülmesi şimdilik mümkün olmadığından belirsizliğini koruyor.

Bu araştırmacıların sonraki hedefi. Araştırmacılar, bir atomun bir molekül ile tepkimeye girmiş olduğu daha rahat bir sistemle emek harcamayı düşünüyor. Ni, bu durumda tam bir hesaplamanın daha ihtimaller içinde bulunduğunu söylüyor. “Teorinin denenebildiği, bir sistemde aynı detay düzeyini yakalayabilirsek, gözlem ile teorinin örtüşüp örtüşmediğini görebileceğiz”.

Aşırı soğuk tepkime kimyası uzmanı Matthew Frye (Durham Üniversitesi, Birleşik Krallık), çalışmanın ciddi bir adım attığına inanıyor. “Kang-Kuen’in tasarladığı gözlem mükemmel görünüyor, iki ürün halinin aynı anda tespit edilebilmiş olması da övgüye kıymet” diyor. “Kimyasal tepkimedeki “soğan kabuklarını” geri almaya benziyor, averaj tabakalarını ortadan kaldırıyoruz ve elimizdeki hakkaten de kuantum hallerinden ibaret kalıyor” Frye şu şekilde diyor: “Bayağı laboratuvar kimyacısı bir çok şeyi sıvı yada katı halde görür, bu şekilde bir şeye oldukca rastlamamıştır”. “Atmosferdeki yada uzaydaki kimyasal tepkimeler şeklinde ortamlarda bu teoriler oldukca mühim olabilir”.

Kaynak: Reaction between ultracold molecules reveals limits of quantum statistics | ChemistryWorld.com

Paylaşın

Sponsor