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结构与动力学

结构与动力学

分子在量子控制下分裂

06 Jul 2016
破灭:量子化学模拟最能描述锶的解离

一项关于光如何导致双原子分子分解的新研究表明,描述光解离过程的传统理论存在重大缺陷。这项工作是由美国和波兰的物理学家和化学家完成的,并表明通过最近开发的量子化学模型可以最好地描述以纯量子态制备的分子的解离。除了提供对分子量子性质的进一步了解之外,该实验技术还可以为物质波实验提供新的纠缠原子源。

光解离是通过吸收光子使分子破裂而发生的,长期以来一直用于研究分子的物理和化学性质。该过程通常涉及分子的电偶极矩,该偶极矩耦合到光子的振荡电磁场上,尽管在某些情况下出于对称性考虑禁止这种相互作用。

通常通过创建超冷,超音速分子束来研究该过程,该束由脉冲染料激光器发出的光照射。然而,这种分子束的最低可达到温度太高,以至于在离解之前不能以纯量子态制备分子集合体。相反,观察到的是多个量子态的解离模式的平均值。 1960年代开发的准偶极解离的准经典模型很好地描述了这些观察结果。 理查德·扎尔达德利·赫什巴赫 1963年获得了加州大学伯克利分校的博士学位。赫什巴赫因其在分子束方面的工作而获得1986年诺贝尔化学奖。

光学晶格

现在,物理学家 谭雅·泽列文斯基(Tanya Zelevinsky) 哥伦比亚大学的哥伦比亚大学及其同事做了更细微的实验。他们将超冷(5μK)锶88原子限制在光学晶格中,然后通过光子吸收将它们聚集在一起以产生激发Sr2 分子。然后它们迅速衰减到其最低能量(基态)量子态。然后可以将这些分子进一步激发到特定的高能结合态,然后对其进行研究。

准备好这些分子处于所需量子态的样品后,研究人员将它们暴露于线性偏振689 nm激光脉冲中。这导致分子破裂,研究小组测量了所射出原子的轨迹。研究人员还能够制备无法通过电偶极相互作用解离的分子的纯样品。结果,他们能够研究较弱的,以前未观察到的磁偶极和电四极解离过程。

为了了解他们的结果,Zelevinsky及其同事与华沙大学的量子化学家通力合作,他们使用准经典近似法计算了预期的发射模式。

完全不同意

“他们基本上都不同意,” says Zelevinsky. “在某些情况下,’这与人们过去的建议并不奇怪,但是在某些情况下,[准经典近似法]不适用令我们有些惊讶。”Zelevinsky指出,解离模式的角度分布通常随着光子能量的增加而变化,并且许多分布都不是围绕激光脉冲的偏振轴呈圆柱对称的。“所有这些都与我们创建受物质波干扰的两个不同最终状态有关,” she explains.

华沙的研究人员还使用他们在2012年共同开发的更复杂的全量子模型预测了发射模式,并发现了更好的一致性(见图)。这个新模型甚至可以正确地预测禁止过渡的片段分布。

该小组现在计划研究处于高能态的分子,以研究量子模型如何被更经典的行为所掩盖。“在所有的能量中,我们’ve done, it’非常明显的量子” says Zelevinsky.

物质波

原子碎片以纠缠态从解离过程中出现,泽列文斯基认为该实验技术可以为原子光学实验提供有用的物质波源。该方法还可用于确定特定状态下分子的结合能。

“It’s beautiful work,”实验原子物理学家说 西蒙·康沃尔 没有参与这项研究的达勒姆大学的学生。“结果的质量和清晰度非常出色。”

该研究描述于 性质.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者