Atomowy duet z toruńskiej uczelni

Praca opisuje badania reakcji chemicznych, w których atom helu we wzbudzonym stanie zderzając się z molekułą wodoru, powoduje jej jonizację. Badania były możliwe dzięki unikalnemu eksperymentowi, jaki przeprowadzony został w Instytucie Weizmanna w Izraelu, w grupie kierowanej przez prof. Edvardasa Nareviciusa. Koniecznego wsparcia teoretycznego, oprócz dr. hab. Piotra Żuchowskiego i dr. inż. Mariusza Pawlaka z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, dostarczyły grupy współpracowników na uniwersytetach Technion w Hajfie (Izrael), w Kassel i Dusseldorfie (Niemcy), oraz Radboud University w Nijmegen (Holandia).
Rozumienie mechanizmów rządzących oddziaływaniami i zderzeniami cząsteczek i atomów jest kluczowe w wielu bardzo różnych dziedzinach nauki: fizyce i chemii atmosfery, astrofizyce, chemii procesów, procesach spalania czy też w wielu procesach biochemicznych. Wszystkie reakcje chemiczne, które zauważamy w życiu codziennym, są szczególnym przypadkiem zderzeń cząsteczek: są to zderzenia, w których zmienia się rozkład elektronów wokół atomów.
W publikacji powstałej z udziałem naukowców z UMK badane były reakcje chemiczne, w których atom helu we wzbudzonym stanie zderzając się z molekułą wodoru, powoduje jej jonizację: rozbija ją na dodatnio naładowany jon i wolny elektron.
W temperaturze pokojowej zderzenia takie opisuje fizyka klasyczna: można je sobie wyobrazić w ten sposób, że w grze w bilard ktoś połączył bile sprężynkami. Ale w temperaturach rzędu -273 stopni Celsjusza, tuż ponad zerem bezwzględnym, zderzenia zachodzą zupełnie inaczej niż w temperaturze pokojowej - zaobserwować można na przykład wyraźnie „magiczne" wartości energii zderzenia, przy których reakcja zachodzi znacznie szybciej. Takie magiczne wartości energii kinetycznej zderzenia nazywamy rezonansami. Okazuje się, że energie, w jakich zdarzają się takie rezonanse zależą bardzo mocno od tego, jak molekuła wodoru rotuje. Ruch obrotowy molekuły jest skwantowany - jej moment pędu przyjmuje tylko wielokrotności niektórych liczb całkowitych. Przełączając stan rotacyjny molekuły zmieniamy strukturę rezonansów. Co się za tym kryje? Okazuje się, że różnice w energiach rezonansów zależą dramatycznie od anizotropii potencjału, czyli tego jak atom i molekuły przyciągają się w zależności od wzajemnej orientacji. Dzięki temu, posługując się mechaniką kwantową, można bardzo dokładnie wyznaczyć kształt potencjału oddziaływania między atomem i molekułą.
Zrozumienie zderzeń w niskich temperaturach są kluczowe do produkcji ultrazimnej materii, na której oparte będą w przyszłości wzorce czasu, takie jak zegar optyczny, która może stanowić budulec symulatorów kwantowych lub służyć do wielu fundamentalnych badań. Zderzenia w podobnych warunkach zachodzą również w przestrzeni kosmicznej.

Redakcja
Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.