Физики разгадали загадку магниевого димера — Naked Science
25.05.2020
Денис Гордеев

Физики разгадали загадку магниевого димера

4.7

Существование колебательных уровней, которые не могли поймать при помощи экспериментов, убедительно доказано методом моделирования.

Колебательные уровни
Колебательные уровни, полученные путем моделирования (показаны вертикальными красными вертикальными линиями), совпали с экспериментально наблюдаемыми линиями / P. Piecuch, S.H. Yuwono, I. Magoulas, Science Advances, 2020

Магниевый димер Mg2 — относительно неустойчивая молекула, состоящая из двух слабо связанных атомов, взаимодействующих согласно законам квантовой механики. Ученые видят в нем перспективу для понимания сложных явлений на стыке химии и физики ультрахолодных атомов. Однако использовать димер в качестве научного инструмента долгое время мешала загадка высоколежащих колебательных состояний.

Согласно теоретическим выкладкам, у димера магния должно быть 19 квантовых колебательных состояний; 14 из них были обнаружены во время экспериментов еще в 1970-х. Попытки провести детекцию остальных успехом не увенчались, и изучение димера отложили в сторону.

Статья ученых из Университета штата Мичиган, опубликованная в журнале Science Advances, демонстрирует решение этой загадки. «Наше тщательное исследование димера магния однозначно подтверждает существование 19 колебательных уровней, — говорит руководитель исследования Петр Пикуч. — Точно рассчитав кривые потенциальной энергии основного и возбужденного состояний, функцию дипольного момента перехода между ними и колебательные состояния, мы не только воспроизвели последние спектры лазерно-индуцированной флуоресценции (излучение фотонов молекулами, которые были возбуждены при помощи лазера. — Прим. ред.), но и предоставили руководство для будущего экспериментального обнаружения ранее недетектированных уровней».

Почему Пикуч и его коллеги смогли добиться успеха там, где у других ученых ничего не получилось? Ответ заключается в блестящей демонстрации предсказательной силы современных методологий изучения субатомных структур, которая помогла исследователям при столкновении с, казалось бы, неразрешимыми трудностями.

Высоколежащие колебательные состояния магниевого димера, смоделированные учеными / P. Piecuch, S.H. Yuwono, I. Magoulas, Science Advances, 2020

«Присутствие столкновительных линий, возникающих при взаимодействии одной молекулы с другой, а также фоновые помехи привели к зашумлению экспериментально наблюдаемых спектров, — объясняет Пикуч. — Что еще хуже, те самые неуловимые высоколежащие колебательные состояния Mg2, которые десятилетиями ставили в тупик ученых, словно рассеиваются в воздухе, когда молекула начинает вращаться».

Вместо того чтобы проводить дорогостоящие и ресурсоемкие эксперименты, физики разработали высокоточную стратегию моделирования. Их расчеты, которые позволяли предсказать существование высоколежащих состояний, с высокой точностью воспроизвели экспериментально полученные колебательные и вращательные движения Mg2, а также наблюдаемые при проведении опытов спектры флуоресценции. Это дало возможность исключить наличие фундаментальных ошибок в расчетах.

«Квантовая механика — прекрасная математическая теория, которая может объяснить тонкие детали молекулярных и других микроскопических явлений, — говорит Пикуч. — Мы использовали загадку Mg2 как возможность продемонстрировать, что предсказательная сила современных вычислительных методологий, основанных на квантовой механике, больше не ограничивается несложными системами из нескольких электронов».

Ранее мы писали о том, как физика помогла объяснить результаты президентских выборов в США, и как японский зонд подтвердил теорию российского физика об образовании Луны

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 17:15
Василий Парфенов

Жители большинства стран в последние десятилетия свыклись с мыслью о постоянно существующем риске террористических актов. Для правоохранительных органов предотвращение подобных трагедий — прямая обязанность и сильная головная боль. К счастью, ученые со всего света давно изучают феномен терроризма и создают предсказательные модели. А недавняя попытка подключить к этой задаче искусственный интеллект принесла впечатляющие результаты.

3 августа
Илья Ведмеденко

Bell показала концепты скоростных аппаратов, способных зависать в вертолетном режиме. Предполагается, что они будут иметь скорость, сравнимую с реактивными самолетами.

3 августа
Сергей Васильев

Белый карлик LP 40-365 пережил взрыв сверхновой и оказался выброшен прочь: теперь он на большой скорости устремляется прочь из Галактики и при этом медленно вращается.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

3 августа
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

1 августа
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: