2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Störungsausbreitung in einem Gas nach Bestrahlung mit einer optischen Zentrifuge.
Physiker der University of British Columbia, Kanada, haben experimentell gezeigt, dass schnell rotierende Gasmoleküle ("Superrotoren") einen Zustand erreichen können, in dem intermolekulare Kollisionen keine Wärme ausbreiten. Erst nachdem die schnell rotierenden Moleküle ihre geordnete räumliche Orientierung verloren haben, stellt sich das normale Regime der Wärmeleitfähigkeit im System wieder ein. Die Studie ist in Physical Review X veröffentlicht.
Um Sauerstoffmoleküle auf hohe Winkelgeschwindigkeiten "aufzuschleudern", verwendeten die Autoren eine optische Zentrifuge. Ihr Funktionsprinzip beruht darauf, dass sich lineare Moleküle bei polarisiertem Licht tendenziell in Richtung der Polarisationsebene ausrichten. Wenn es rotiert, dreht sich das Molekül mit. Indem Sie die Rotation der Polarisationsebene allmählich beschleunigen, können Sie das Molekül in eine Art Kreisel verwandeln. Es wird erhebliche Energie übertragen, aber nicht ionisiert.
Durch die Messung des lokalen Brechungsindex in einem Gas verfolgten die Wissenschaftler die Ausbreitung der Störung nach Bestrahlung mit einer optischen Zentrifuge. Da die Moleküle nur in einer bestimmten Ebene rotierten, trat im System Anzotropie auf, dh die Störung breitete sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in verschiedene Richtungen aus.
Die Forscher fanden heraus, dass nach der Bestrahlung im System zwei charakteristische Arten der Energieausbreitung beobachtet wurden. Innerhalb weniger Nanosekunden kollidierten die Molekülspitzen miteinander, behielten aber ihre räumliche Orientierung bei. Gleichzeitig waren die Kollisionen nicht "thermisch", dh die Rotationsbewegung wurde praktisch nicht in eine Translation umgewandelt. Erst nachdem die Orientierung der Spitzen verschwunden war, wurde die übliche "translatorische" Wärmeleitfähigkeit beobachtet.
Physiker stellen fest, dass der beschriebene Übergang zum ersten Mal experimentell beobachtet wird. Die Rotationsanregung von Molekülen ohne deren Ionisierung ermöglicht die Realisierung einer Reihe ungewöhnlicher Phänomene. Insbesondere in solchen Systemen wurde die Wirkung von explosiver Wärmeübertragung und anisotroper Diffusion theoretisch vorhergesagt.
