हाइड्रोजन कोर का "नृत्य" फिल्माया गया

पहली बार, सबसे तेज आणविक प्रणालियों में से एक की गतिशीलता को दर्शाया गया है

कई स्नैपशॉट भौतिकविदों में से एक ने भारी हाइड्रोजन अणु लिया। छवि में प्रत्येक बिंदु लेजर ध्रुवीकरण और आणविक अक्ष के साथ-साथ ड्यूटेरियम नाभिक की एक निश्चित दूरी के बीच एक निश्चित कोण से मेल खाती है। लाल हाइलाइट किए गए नक्षत्र अधिक सामान्य हैं। © परमाणु भौतिकी के लिए एम.पी.आई.
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पहली बार शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजन के अणु में नाभिक के कंपन और घूर्णी गति की कल्पना की है - अंतरिक्ष और समय में बेहद कम समय के पैमाने पर। उन्होंने अलग-अलग समय में तीव्र, पराबैंगनी लेजर दालों का उपयोग कर अणु को "फोटो" दिया और व्यक्तिगत छवियों को एक ही फिल्म में जोड़ा। इस प्रकार, दोलन और घूर्णन अणु की क्वांटम यांत्रिक तरंग व्यवहार की कल्पना की जा सकती है।

फोटोग्राफ और प्रकाश सूक्ष्मदर्शी फोटोग्राफ अणुओं के लिए कुछ भी नहीं का उपयोग करते हैं: एक हाइड्रोजन अणु दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से लगभग 5, 000 गुना छोटा होता है। यह वैकल्पिक रूप से imaged नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय, हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर फिजिक्स के शोधकर्ता लंबे समय से उच्च-रिज़ॉल्यूशन और बहुत तेज़ रिकॉर्डिंग तकनीक के रूप में पंप-जांच तकनीक का उपयोग कर रहे हैं। अणुओं को पहले "पंप" लेजर पल्स के साथ "ट्रिगर" किया जाता है और फिर एक निश्चित समय के बाद "जांच" लेजर पल्स के साथ मापा जाता है।

वैज्ञानिक विशेष रूप से सबसे छोटे और सबसे तेज अणु, हाइड्रोजन अणु में रुचि रखते हैं। अपने अल्ट्रा-फास्ट आणविक आंदोलनों को मैप करने के लिए, हालांकि, लेजर दालों की अब तक बहुत लंबी थी। हाइड्रोजन अणु में दो नाभिक इतनी तेजी से आगे और पीछे थरथराहट करते हैं कि दृश्य प्रकाश भी केवल इस दौरान लगभग पांच दोलन करता है। हालाँकि, फोटो खिंचवाने के साथ ही, आपको तेज़ प्रक्रियाओं को पकड़ने के लिए बेहद कम समय की आवश्यकता होती है।

आणविक आंदोलनों को लगातार मापें

"एक्सपोज़र टाइम" को छोटा करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक पंप-जांच उपकरण विकसित किया, जिसमें केवल छह से सात फेमटोसेकंड की औसत लेजर पल्स अवधि थी, पहली बार आणविक आंदोलनों को लगातार मापा जा सकता था। तुलनात्मक रूप से, प्रकाश जो एक सेकंड में लगभग आठ बार पृथ्वी को प्रसारित कर सकता है, केवल सात फेमटोसेकंड में एक मिलीमीटर के लगभग दो हजारवें हिस्से को प्राप्त करता है।

वैज्ञानिकों ने भारी तकनीकी चुनौतियों में महारत हासिल की: उन्होंने 0.3 फीमटोसेकंड की सटीकता के साथ दो लेजर दालों के बीच समय अंतराल को स्थिर रखा। हालाँकि, प्रकाश केवल इस दौरान 100 नैनोमीटर की दूरी तय करता है। इसलिए, माप के अवधि के दौरान प्रयोग के ऑप्टिकल घटकों को एक दूसरे के खिलाफ 500 से अधिक परमाणु व्यास को स्थानांतरित करने की अनुमति नहीं थी। प्रदर्शन

माप के लिए, शोधकर्ताओं ने ड्यूटेरियम अणुओं का उपयोग किया - दो भारी हाइड्रोजन परमाणुओं का एक यौगिक - जो ऊर्जावान रूप से उत्साहित नहीं हैं, इसलिए क्वांटम मैकेनिकल ग्राउंड अवस्था में हैं। पहले पंप लेजर पल्स के साथ एक इलेक्ट्रॉन एक ड्यूटेरियम अणु से फाड़ा जाता है, इसे आयनित किया जाता है। आयनित ड्यूटेरियम अणु नई स्थिति के लिए अनुकूल हो जाता है क्योंकि इसके दो नाभिक अलग हो जाते हैं और एक नए आराम की स्थिति में घूमते हैं। इसके अलावा, पंप पल्स भी अणु को घुमाने का कारण बनता है।

अणु अवशेष फट गए

निम्नलिखित नमूना लेजर पल्स के साथ, वैज्ञानिक फिर दूसरे इलेक्ट्रॉन के अणु को वंचित करते हैं; चूंकि बंधन के लिए अब कोई इलेक्ट्रॉनों नहीं हैं और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, शेष अणु "विस्फोट" करते हैं, और अधिक हिंसक रूप से, दो के करीब हो जाते हैं दूसरे आयनीकरण के समय कोर थे। एक "प्रतिक्रिया सूक्ष्मदर्शी" के साथ, जिसे शोधकर्ताओं ने बहुत पहले विकसित किया है, एक दो ड्यूटेरियम नाभिक की ऊर्जा को मापता है और विस्फोट के समय दो नाभिक की दूरी और स्थानिक स्थिति को निर्धारित करता है। यदि पहले पंप और दूसरे नमूना नाड़ी के बीच का समय अंतराल बदला जाता है, तो कोर आंदोलन का एक "स्नैपशॉट" अलग-अलग समय पर लिया जा सकता है। इस तरह से प्राप्त की गई व्यक्तिगत छवियां, जब एक साथ रखी जाती हैं, तो एक "आणविक फिल्म" बनती है और अणु की गतिशीलता में एक अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।

तरंग पैकेट का अस्थायी विकास। साजिश रची गई समय के खिलाफ ड्यूटेरियम नाभिक (R) की दूरी है। लगभग 100 महिलाओं के बाद, वेव पैकेट - अर्थात नाभिक का स्थान - धब्बा करना शुरू कर देता है, 400 फीमेलोसेकंड के बाद यह "पुनरुद्धार" की बात आती है और तरंग पैकेट वापस एक साथ होता है। । परमाणु भौतिकी के लिए एम.पी.आई.

एक क्वांटम यांत्रिक दृष्टिकोण से, हिलिंग ड्यूटेरियम कोर एक लहर पैकेट के अनुरूप होता है जो एक कॉम्पैक्ट सिस्टम के रूप में शुरू होता है और एक निश्चित अवधि के बाद अलग हो जाता है - भौतिकविदों का कहना है कि पैकेज "delocalized" है, बहुत अलग गति के एक क्लस्टर की तरह Artufer, जो टैटन ट्रैक पर शुरू में एक साथ शुरू होता है, थोड़ी देर बाद अलग हो जाता है।

लहर पैकेट का पतन

शुरुआत में, लहर पैकेट (और इस तरह कोर) का मापा आंदोलन अभी भी अच्छी तरह से स्थानीयकृत है, इसलिए रोटर फ़ील्ड अभी भी अपेक्षाकृत घने और कॉम्पैक्ट है। लगभग 100 मादाओसेकंड के बाद संरचना स्मीयर करती है, यह एक विचलन के लिए आती है; धावक पूरे टैटन ट्रैक पर फैले हुए हैं। यह तथाकथित "वेव पैकेट का पतन" अंतरिक्ष और समय में भौतिकविदों को पुन: पेश किया जा सकता है। उसके शीर्ष पर, वे यह सुनिश्चित करते हैं कि लहर का पैकेट लगभग 400 फेमटोसेकंड के बाद फिर से "इकट्ठा" होता है; यह एक "पुनरुद्धार" की बात आती है। लंबी दूरी की रन की छवि में, इसका मतलब है कि एक निश्चित समय के बाद, धावक घनी भीड़ में फिर से इकट्ठा होते हैं।

अणुओं के लिए अत्यंत तेज़ कैमरे के साथ, जर्नल फ़िशियल रिव्यू लेटर्स के ऑनलाइन संस्करण में शोधकर्ताओं के अनुसार, पहली बार अभूतपूर्व रूप से कम समय के पैमाने पर सबसे तेज़ आणविक प्रणालियों में से एक की गतिशीलता पूरी तरह से मैप की जा सकती है। भविष्य में, पंप लेजर पल्स को मॉडलिंग करके, लहर पैकेट को आकार दिया जाना चाहिए ताकि कुछ क्वांटम यांत्रिक प्रक्रियाएं प्राथमिकता से हो। वैज्ञानिक बड़े अणुओं की रासायनिक प्रतिक्रियाओं में हेरफेर और नियंत्रण करना चाहते हैं। हीडलबर्ग प्रयोगशालाओं में इस तरह के प्रयोग पहले से ही मीथेन अणु पर किए जाते हैं।

(आईडीडब्ल्यू - एमपीजी, ० 08.११.२००६ - डीएलओ)