شرح خبر

مولکول‌هایی با طول عمر زیاد و فوق‌سرد که دوقطبی‌های الکتریکی و مغناطیسی دارند برای اولین بار توسط پژوهشگرانی از ایالات متحده تولید شده‌‌اند. مولکول‌های سدیم-لیتیوم طول‌عمرهای بیشتری نسبت به مولکول‌های فوق‌سردی دارند که پیش‌تر تولید شده‌اند و این موضوع سبب شده تا محققان این مولکول‌ها را راحت‌تر مورد مطالعه قرار دهند. چنان سیستم‌هایی نگرش‌های اساسی به برخوردهای مولکولی را نیز فراهم می‌کند.

در ۲۰-۳۰ سال گذشته، دانشمندان به شدت در سردسازی ابرهای اتمی تا دماهای نانوکلوین مهارت بدست آورده‌اند و فیزیک جالب و قدرتمندی را که رخ داده مشاهده کرده‌اند. با این حال سرد کردن مولکول‌ها کار پیچیده‌تری است چون به این منظور باید انرژی را از درجات آزادی بیشتری همچون چرخش، ارتعاش و خم‌شدن حذف کرد. یک رهیافت جایگزین برای سردسازی مولکول‌ها، به اتصال مغناطیسی معروف است که با موفقیت به اثبات رسیده است. مخلوطی از اتم‌های تشکیل‌دهنده‌ی مولکول موردنظر با استفاده از یک پرتوی لیزری سرد می‌شود؛ پیش از آن‌که یک میدان مغناطیسی اعمالی کاهش داده شود تا اتم‌ها به یکدیگر بچسبند و مولکول‌های بزرگ موسوم به مولکول‌های فرشباخ را با پیوند ضعیف تشکیل دهند. پس از آن این مولکول‌ها را دستکاری می‌کنند تا مولکول‌های کوچک‌تر و با تقیّد قوی‌تری را بسازند.



نمودار نشان می‌دهد که مولکول‌ها چگونه به دام انداخته شده و دستکاری می‌شوند (سمت چپ). جهت‌گیری نسبی ممان‌های الکتریکی (dE) و مغناطیسی (dM) مولکول‌ها در سمت راست نشان داده شده‌اند.



پیوند ضعیف


مولکول‌های ضعیف‌تر در حالتی موسوم به حالت سه‌گانه ایجاد می‌شوند که ممان زاویه‌ای اسپینی و بنابراین یک ممان دوقطبی مغناطیسی دارند. وقتی این فناوری در سال ۲۰۰۸ برای تولید حالت پایه‌ی سه‌گانه‌ی پتاسیم-روبیدیوم استفاده شد، پیوند بسیار ضعیفی شکل گرفت طوری‌که در ۱۷۰ میکروثانیه از هم گسسته شد. سپس این پژوهش‌گران پرتکل خود را بازطراحی کردند تا به یک حالت تک‌گانه ممان زاویه‌ای صفر با انرژی پایین‌تر دست یابند. تیمور راچوف (Timur Rvachov) از موسسه‌ی فناوری ماساچوست که در این کار سهیم بوده است اینگونه توضیح می‌دهد: «آن‌ها گفتند بسیار خب، ما به حالت سه‌گانه منتقل شدیم که فوراً از دست خواهد رفت: به حالت تک‌گانه برویم؛ باید بسیار پایدارتر بوده باشد». این چیزی است که افراد، قبل از آن انجام داده‌اند و در بسیاری از موارد انتظارات آن‌ها درست بوده است».

یک استثناء برای جستجوی حالت تک‌گانه، تولید مولکول‌های روبیدیوم دواتمی در حالت سه‌گانه توسط محققانی از دانشگاه ایسنبورک در اتریش و در سال ۲۰۰۸ است. با این حال، وقتی دو اتم یکسان باشند الزاماً الکترونگاتیوی یکسانی خواهند داشت. بنابراین چنان مولکولی دوقطبی الکتریکی نخواهد داشت – اگرچه دوقطبی مغناطیسی دارد. بعلاوه طول‌عمر این مولکول‌ها تنها اندکی بیشتر از ۲۰۰ میلی‌ثانیه است.

برخوردهای نامناسب

حالات تک‌گانه‌ که حالات پایه‌ی مطلق مولکول‌ها به حساب می‌آیند، اینگونه پیش‌بینی شده‌اند که طول‌عمرهای بسیار زیاد داشته باشند. اما پژوهش اخیر پیشنهاد داده که این مطلب صحیح نیست. بنابراین فیزیک‌دانان، کانال‌های فروپاشی جدیدی را اصل موضوعه‌ی کار خود قرار داده‌اند که بر اساس آن، نه تنها به حالت اسپینی بلکه به جرم نیز بستگی دارد. به بیان واشوف: «مولکول‌های سنگین‌تر تمایل دارند تا اغلب برخوردهای بدی را تحمل کرده و سریعاً نابود شوند».

برای مطالعه‌ی بیشتر این ارتباط، راشوف و همکارانش که توسط ولفگانگ کترل (Wolfgang Ketterle ) رهبری شده‌اند، حالت سه‌گانه از سبک‌ترین ترکیب ممکن فلزات قلیایی با اتم‌های مختلف را تولید کرده‌اند. کترل کسی است که جایزه‌ی نوبل فیزیک ۲۰۰۱ را برای تولید چگالیده‌ی بوز-انشتین با استفاده از اتم‌های فوق‌سرد سهیم بوده است. آن‌ها مخلوطی از اتم‌های سدیم-۲۳ و لیتیوم ۶ را در یک تله‌ی اپتیکی واقع در یک میدان مغناطیسی، سرد کرده‌اند. وقتی میدان مغناطیسی اندکی کاهش یافته، به لحاظ انرژی مساعد بوده است تا دو اتم مولکول‌های فرشباخ را تشکیل دهند. سپس این مولکول‌ها با دو لیزری که فرکانس آن‌ها دقیقا تعریف شده دست‌کاری شده‌اند؛ درست مثل طرح متناظری که توسط محققان آمریکایی و اتریشی استفاده شده است، هرچند فرکانس موردنیاز برای هر مولکول متفاوت بوده است. این پژوهش‌گران طول‌عمر این مولکول‌ها را تا ۴.۶ ثانیه اندازه گرفته‌اند. به گفته‌ی راشوف: «هنوز افرادی سعی دارند تا از این قضیه سر در بیاورند اما بنظر می‌رسد جرم، پیش‌گوی مهم‌تری (نسبت به حالت اسپینی) باشد تا مشخص کند نمونه‌های پایدارتری از مولکول‌ها دارید یا نه».

طیف‌سنجیِ تشدید اسپینی الکترون

علاوه بر نگرش‌های نظری، ترکیب طول‌عمر زیاد و ممان دوقطبی مغناطیسی به پژوهش‌گران این امکان را می‌دهد تا طیف‌سنجی تشدید اسپینی الکترون را بر روی مولکول انجام دهند. آن‌ها یک میدان مغناطیسی با فرکانس رادیویی را اعمال کرده و فرکانسی را اندازه گرفته‌اند که در آن اسپین الکترون تلنگر می‌خورد. از این نتیجه محققان توانسته‌اند برای اولین بار اندرکنش فوق‌ریز (جفت‌شدگی مغناطیسی مابین الکترون‌ها و هسته‌ی اتم‌های سدیم و لیتیوم) را استنتاج کنند.

فلوریان اشرچ (Florian Schreck) از دانشگاه آمستردام این مقاله را به عنوان «یک گام عالی» به سمت تلاشی بزرگ‌تر برای تولید گاز کوانتومی مولکولی توصیف کرده‌ است که در آن تمامی مولکول‌ها در پایین‌ترین سطوح انرژی ممکن تله‌اشان انباشته می‌شوند. وی اشاره می‌کند که این کار به افزایش بیشتر و قابل‌ملاحظه‌ترِ چگالی و کم‌کردن دما نیاز دارد. سایمون کورنیش ( Simon Cornish) از دانشگاه دورهام در انگلستان می‌گوید جالب‌ترین جنبه‌ی این پژوهش طول‌عمر زیاد مولکول‌هاست. به گفته‌ی وی: «ما بر روی گازهای اتمی کار کرده‌ایم ... و اکنون واقعاً درک خوبی از چگونگی برخورد مولکول‌ها داریم اما مولکلو‌ل‌ها بسیار پیچیده‌تر هستند».

درباره‌ی نویسنده:

تیم وگان نویسنده‌ی علمی در انگلستان است.

منبع:

Ultracold molecules with electric and magnetic moments stick around



نویسنده خبر: بهنام زینال‌وند فرزین
کد خبر :‌ 2369
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌



حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Webmaster : Ali Meschian : www.irandg.com

www.irandg.com