روشی اپتیکی، گستره فضایی تابع موج یک مولکول را هنگامی که مولکول در یک قطره هلیوم بسیار کوچک قرار گرفته، آشکار می‌کند.

یک قرن پیش، فیزیکدان ها نشان دادند که ذرات می‌توانند همانند امواجی رفتار کنند که به صورت ریاضی با یک تابع موج توصیف می‌شوند. گستره فضایی تابع موج به جرم و محیط ذره بستگی دارد. اکنون وِنبین ژانگ Wenbin Zhang در دانشگاه طبیعی شرق چین و همکارانش روشی اپتیکی را توسعه داده‌اند که این وابستگی را برای یک تک مولکول به دام افتاده در یک نانو قطره از اَبَر شاره هلیوم روشن می‌کند[1]. این رویکرد می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا آزمایشهای روی مولکولهای محبوس شده را تفسیر کرده و دستگاه‌هایی در مقیاس نانو طراحی کنند که چنین ذراتی را تحت کنترل خود درمی‌آورند.

ژانگ و همکارانش از مولکولهای منفرد هیدروژن یا همتای سنگینتر آن، دوتریوم استفاده کردند. آنها هر مولکول را در یک نانوقطره از ابر شاره هلیومِ مجزا به اندازه 2 نانومتر محبوس کردند. دمای این قطره ها به این معنی بود که گستره فضایی آنها مشابه گستره فضایی توابع موج مولکولها خواهد بود. پژوهشگران سپس از لیزر برای بیرون کشیدن یک الکترون از هر مولکول استفاده کردند. الکترونهای خارج شده از میان قطره ها عبور کرده و به یک آشکارساز برخورد کردند که تکانه هر الکترون را ثبت می‌کرد. در پایان، گروه الگوهای شکل گرفته در توزیع این تکانه ها را برای هر نوع مولکول تحلیل کرد.

برای مولکولهای دوتریوم، این الگوها به طور قابل ملاحظه ای تار بودند که نشان دهنده این بود که الکترونها در مسیر خودشان به آشکارساز اغلب از اتمهای قطره‌ها پراکنده می‌شوند. این یافته نشان داد که توابع موج این مولکولهای سنگین‌تر، کوچکتر از اندازه قطره 2 نانومتری هستند. برای مولکولهای هیدروژن، الگوها واضح و دقیق بودند که حاکی از این بود الکترونها با حداقل پراکندگی از قطرات فرار کردند. این نتیجه فقط وقتی امکان پذیر بود که توابع موج این مولکولهای سبکتر حدود 2 نانومتر باشند.

در یک پژوهش مرتبط، ژانگ و همکارانش همچنین بررسی کردند که چه طور چنین قطره ای بر واکنش اساسی یک مولکول هیدروژن محصور تاثیر می گذارد[2].

1. Z. Ye et al., “Localization and delocalization of a single molecule in a helium nanodroplet,” Phys. Rev. Lett. 135, 213202 (2025).

2. Z. Ye et al., “Laser-induced Coulomb explosion dynamics of H₂ molecules in helium nanodroplets,” Phys. Rev. A (2025), to be published.

منبع:

Seeing a Molecule’s Quantum Shadow

ترجمه خبر: بهناز ساربانها