اختراق في كيمياء الكم: اشتعلت الجزيئات نفقًا لأول مرةاختراق لنمذجة التفاعلات النفقية في الكيمياء الجزيئية.من الصعب للغاية التنبؤ بردود الفـ..

اختراق في كيمياء الكم: اشتعلت الجزيئات نفقًا لأول مرة

اختراق في كيمياء الكم: اشتعلت الجزيئات نفقًا لأول مرة

اختراق لنمذجة التفاعلات النفقية في الكيمياء الجزيئية.

من الصعب للغاية التنبؤ بردود الفعل النفقية في الكيمياء. من الصعب الوصف الدقيق ميكانيكيًا للتفاعلات الكيميائية مع أكثر من ثلاثة جسيمات ، مع وجود أكثر من أربعة جسيمات يكاد يكون من المستحيل. يحاكي المنظرون ردود الفعل هذه بالفيزياء الكلاسيكية ويجب عليهم إهمال التأثيرات الكمومية. ولكن أين هو حد هذا الوصف الكلاسيكي للتفاعلات الكيميائية ، والذي يمكن أن يقدم تقديرات تقريبية فقط؟

لطالما أراد Roland Wester من قسم الفيزياء الأيونية والفيزياء التطبيقية بجامعة إنسبروك استكشاف هذه الحدود. يقول الفيزيائي التجريبي: “إنها تتطلب تجربة تسمح بقياسات دقيقة للغاية ويمكن وصفها ميكانيكيًا الكم”. يتذكر ويستر قائلاً: “خطرت لي الفكرة قبل 15 عامًا في محادثة مع زميل في مؤتمر في الولايات المتحدة”. أراد أن يتتبع تأثير النفق الميكانيكي الكمومي في تفاعل بسيط للغاية.

نظرًا لأن تأثير النفق يجعل التفاعل غير محتمل جدًا وبالتالي بطيئًا ، كانت ملاحظته التجريبية صعبة للغاية. ومع ذلك ، بعد عدة محاولات ، نجح فريق ويستر الآن في فعل ذلك بالضبط لأول مرة ، كما يكتبون في العدد الحالي من مجلة  نيتشر .

اختراق بعد 15 عامًا من البحث

اختار فريق Roland Wester الهيدروجين – أبسط عنصر في الكون – لتجربتهم. قاموا بإدخال الديوتيريوم – نظير الهيدروجين – في مصيدة الأيونات ، ثم قاموا بتبريده ثم ملأ المصيدة بغاز الهيدروجين. بسبب درجات الحرارة المنخفضة جدًا ، تفتقر أيونات الديوتيريوم سالبة الشحنة إلى الطاقة اللازمة للتفاعل مع جزيئات الهيدروجين بالطريقة التقليدية. ومع ذلك ، في حالات نادرة جدًا ، يحدث رد فعل عندما يصطدم الاثنان.

يحدث هذا بسبب تأثير النفق: “تسمح ميكانيكا الكم للجسيمات باختراق حاجز الطاقة بسبب خواصها الموجية الميكانيكية الكمومية ، ويحدث تفاعل” ، كما يوضح المؤلف الأول للدراسة ، روبرت وايلد. “في تجربتنا ، نعطي التفاعلات المحتملة في المصيدة حوالي 15 دقيقة ثم نحدد كمية أيونات الهيدروجين المتكونة. من عددهم ، يمكننا استنتاج عدد المرات التي حدث فيها رد فعل “.

في عام 2018 ، قدر علماء الفيزياء النظرية أنه في هذا النظام يحدث النفق الكمي في حادث واحد فقط من كل مائة مليار تصادم. يتوافق هذا بشكل وثيق مع النتائج التي تم قياسها الآن في إنسبروك ، وبعد 15 عامًا من البحث ، يؤكد لأول مرة نموذجًا نظريًا دقيقًا لتأثير الأنفاق في تفاعل كيميائي.

الأساس لفهم أفضل

هناك تفاعلات كيميائية أخرى قد تستغل تأثير النفق. لأول مرة ، يتوفر الآن قياس مفهوم جيدًا أيضًا في النظرية العلمية. بناءً على ذلك ، يمكن للبحث تطوير نماذج نظرية أبسط للتفاعلات الكيميائية واختبارها على التفاعل الذي تم إثباته بنجاح الآن.

يتم استخدام تأثير النفق ، على سبيل المثال ، في مجهر المسح النفقي وفي ذكريات الوميض. يستخدم تأثير النفق أيضًا لشرح اضمحلال ألفا للنواة الذرية. من خلال تضمين تأثير النفق ، يمكن أيضًا تفسير بعض التركيبات الكيميائية الفلكية للجزيئات في السحب المظلمة بين النجوم. وهكذا فإن تجربة فريق ويستر تضع الأساس لفهم أفضل للعديد من التفاعلات الكيميائية.

عن admin

شاهد أيضاً

أفضل الأماكن في الشفا الطائف

أفضل الأماكن في الشفا الطائف

أفضل الأماكن في الشفا الطائف – تتوفر في الشفا بالطائف العديد من الوجهات السياحية الرائعة …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *