Kimya emek ister. Sıcaklığı yükselterek, eşleşen atomların sıcak bir çarpışmada çarpışma olasılığını artırarak veya basıncı artırarak ve onları sıkıştırarak, moleküller oluşturmak genellikle belirli bir enerji maliyeti gerektirir.
Sabırlıysanız kuantum teorisi bir çözüm sunar. Avusturya’daki Innsbruck Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi nihayet döteryum iyonlarının hidrojen molekülleriyle füzyonunu ölçen dünyanın ilk deneyinde kuantum tünellemeyi çalışırken gördü.
Tünel, kuantum evreninde, parçacıkların normalde üstesinden gelinmesi zor olan engellerden geçebiliyormuş gibi görünmesini sağlayan bir tuhaflıktır.
Kimyada bu engel, atomların birbirleriyle veya mevcut moleküllerle iletişim kurması için gereken enerjidir.
Bununla birlikte, teori, son derece nadir durumlarda, atomların bu enerji bariyerinden ‘tünel’ açmasının ve herhangi bir çaba harcamadan bağlanmasının mümkün olduğunu söylüyor.
“Kuantum mekaniği, parçacıkların kuantum mekanik dalga özelliklerinden dolayı enerji bariyerini aşmasına izin verir ve etkileşim gerçekleşir.” o diyor İlk yazar Robert Wilde, Innsbruck Üniversitesi’nden deneysel bir fizikçi.
Kuantum dalgaları, elektronlar, fotonlar ve hatta tüm atom grupları gibi şeylerin davranışını yönlendiren, herhangi bir gözlemden önce varlıklarını bulanıklaştıran hayaletlerdir, bu nedenle belirli bir yerde oturmazlar, ancak olası konumların sürekliliğini işgal ederler.
Bu karartma, parçacıklar, kediler ve galaksiler gibi daha büyük nesneler için önemli değildir. Ancak bireysel atom altı parçacıkları yakınlaştırdıkça, olasılıklar genişler ve çeşitli kuantum dalgalarının bölge durumlarını üst üste binmeye zorlar.
Bu olduğunda, parçacıkların işlerinin olmadığı yerlerde ortaya çıkma veya girmek için çok fazla güç gerektiren alanlara tünel açma şansları çok düşüktür.
Bir elektronun bu bölgelerinden biri, komşu atomları ve molekülleri ısı veya basıncı kırmadan birbirine kaynakladığı kimyasal bir reaksiyonun bağlanma bölgesi içinde olabilir.
Kuantum tünellemenin moleküllerin inşasında ve yeniden düzenlenmesinde oynadığı rolü anlamak, yıldızlardaki hidrojen ve Dünya’daki füzyon reaktörleri gibi nükleer reaksiyonlardaki enerji salınımının hesaplanması için önemli çıkarımlara sahip olabilir.
sırasında Bu fenomeni modelledik Negatif yüklü bir döteryum formu – bir nötron içeren bir hidrojen izotopu – ve dihidrojen veya H arasındaki reaksiyonları içeren örnekler için2Sayıları deneysel olarak kanıtlamak, zor bir kesinlik düzeyi gerektirir.
Bunu başarmak için Wilde ve meslektaşları, negatif döteryum iyonlarını, hidrojen moleküllerinden oluşan bir gaz vermeden önce onları neredeyse durma noktasına getiren bir sıcaklığa kadar soğutdular.
Isı olmadan, bir döteryum iyonunun hidrojen moleküllerini atomları yeniden düzenlemeye zorlamak için gereken enerjiyi elde etme olasılığı çok daha düşüktü. Bununla birlikte, aynı zamanda parçacıkları sessizce birbirine daha yakın oturmaya zorladı ve tünellerden bağlanmaları için onlara daha fazla zaman verdi.
“Deneyimizde tuzaktaki potansiyel reaksiyonları yaklaşık 15 dakika veriyoruz ve ardından oluşan hidrojen iyonlarının miktarını belirliyoruz. Sayılarından reaksiyonun ne sıklıkta gerçekleşeceğini çıkarabiliyoruz.” Wilde açıklıyor.
Bu sayı 5 x 10’un biraz üzerinde-20 Santimetreküp başına meydana gelen reaksiyonlar veya yüz milyar çarpışma başına yaklaşık bir tünel açma olayı. Yani çok değil. Deneyim, önceki modellemeyi desteklese de, başka yerlerdeki tahminlerde kullanılabilecek bir kriteri doğrular.
Tüneller, birçoğu uzayın soğuk derinliklerinde meydana gelmesi muhtemel olan çeşitli nükleer ve kimyasal reaksiyonlarda oldukça önemli bir rol oynadığından, oyundaki faktörleri iyi bir şekilde kavramak, bize hükmetmek için daha sağlam bir temel sağlar. beklentilerimiz üzerinde.
Bu araştırma yayınlandı doğa.
More Stories
Yeni bir okyanus atlası, yapay ışığın geceleri denizleri nasıl kirlettiğini gösteriyor
NASA’nın Webb Uzay Teleskobu, Kayalık Gezegen Oluşumu bölgesinde su buharı tespit etti
Ölü bir balinanın leşiyle beslenen düzinelerce köpekbalığını izleyin: ScienceAlert