Reaksi antara molekul ultra dingin mengungkapkan batas statistik kuantum | Penelitian

Reaksi antara molekul ultra dingin mengungkapkan batas statistik kuantum |  Penelitian post thumbnail image

Permainan oke punya Keluaran SGP 2020 – 2021.

Para peneliti di AS dan China telah mengungkap hasil di dimer kalium rubidium ultra dingin, yang menunjukkan untuk pertama kalinya bagaimana efek kuantum menyebabkan penyimpangan dari model statistik kuantum, salah satu teori kanonik kimia fisik.

Reaksi kimia pada dasarnya adalah transformasi kuantum yang sangat kompleks dari satu set orbital elektronik ke orbital lain, tetapi persamaan yang diperlukan untuk memodelkan reaksi atas dasar ini biasanya di luar kemampuan kita untuk menyelesaikannya. Oleh karena itu, kimiawan mengandalkan beberapa pendekatan untuk menentukan jalur reaksi.

Ketika atom atau molekul bereaksi, produk dapat diproduksi dalam berbagai status kuantum translasi, rotasi, getaran, dan energik. Keadaan mana yang dihasilkan bergantung pada bagaimana energi dalam keadaan reaktan mempengaruhi kompleks antara sementara yang terbentuk hanya dalam sepersekian detik. Kompleks perantara ini dapat memiliki ratusan status kuantum yang berbeda, banyak yang mengarah ke status hasil kali yang sama. Asumsi populer dalam dinamika reaksi adalah bahwa setiap keadaan kuantum menengah memiliki kemungkinan yang sama. Oleh karena itu, semakin banyak status kuantum menengah yang mengarah ke status produk tertentu, semakin besar kemungkinan status produknya.

Dalam studi terbaru mereka, Kang-Kuen Ni dari Universitas Harvard dan rekannya mendinginkan kalium-rubidium dimer (KRb) ke keadaan dasar kuantum mereka – mendekati nol absolut – dalam perangkap optik. Ketika dua dimer KRb bertabrakan, mereka dapat bereaksi membentuk kalium terpisah (K2) dan rubidium (Rb2) molekul. Reaksi ini eksotermik, memungkinkannya terjadi secara spontan bahkan pada 500nK. Para peneliti memetakan distribusi statistik dari 57 kemungkinan status kuantum produk, menghubungkan produk dari reaksi yang sama, dan melihat di mana hasil menyimpang dari prediksi statistik.

Gambar yang menampilkan dua grafik, yang satu di kiri adalah diagram batang 3D dengan beberapa batang di belakang plot menjulang tinggi di atas semua yang lain, sedangkan yang di kanan adalah plot 2D dari bidang yang lebih terang dan lebih gelap dengan angka yang ditumpangkan

Para peneliti menemukan bahwa satu keadaan di mana produk memiliki momentum sudut yang sangat tinggi sangat ditekan. Mereka percaya ini karena, dengan begitu banyak energi yang masuk ke rotasi produk, ada energi kinetik translasi yang tidak mencukupi yang tersisa bagi molekul untuk melepaskan diri dari potensinya dengan baik dan pecah. Reaksi, oleh karena itu, mungkin tidak akan pernah selesai. Selain dari contoh ekstrem ini, status produk di mana dimer produk memiliki momen sudut tinggi – dan sangat mirip – lebih disukai dibandingkan dengan model statistik. Alasan untuk ini, bagaimanapun, tetap tidak pasti karena tim tidak dapat melakukan simulasi kuantum sepenuhnya untuk memprediksi hasil.

Ini adalah yang berikutnya dalam daftar mereka. Para peneliti sekarang berencana untuk mempelajari sistem yang lebih sederhana di mana atom bereaksi dengan molekul. ‘Kalau begitu, kalkulasi pastinya lebih mudah diatur,’ kata Ni. “Jika kita bisa mencapai tingkat detail yang sama dalam sistem di mana teorinya bisa ditelusuri, kita bisa melihat apakah eksperimen dan teori cocok.”

Ahli kimia ultracold Matthew Frye dari Universitas Durham di Inggris percaya pekerjaan ini menandai langkah yang signifikan. ‘Ini adalah eksperimen luar biasa yang telah dibangun Kang-Kuen, dan deteksi simultan dari dua status produk sangat luar biasa,’ katanya. ‘Ini memungkinkan kami untuk mengupas lebih banyak lapisan bawang pada reaksi kimia, menghilangkan lapisan rata-rata: itu benar-benar hal yang negara-ke-negara sekarang.’

‘Ahli kimia biasa di laboratorium, di mana sebagian besar berada dalam fase padat atau cair, mungkin tidak terlalu sering menemukannya,’ kata Frye. ‘Tapi dalam hal-hal seperti kimia atmosfer dan kimia di luar angkasa, teori-teori ini bisa menjadi sangat penting.’

Tags:

Related Post