Studiuesit zbulojnë se flluskat shpejtojnë transferimin e energjisë

schedule15:17 - 13 Prill, 2021

schedule 15:17 - 13 Prill, 2021

Energjia rrjedh përmes një sistemi atomesh ose molekulash nga një seri procesesh të tilla si transferimet, emetimet ose prishjet. Ju mund të vizualizoni disa nga këto detaje si kalimi i një topi (energjia) dikujt tjetër (një grimcë tjetër), përveç se pasimi ndodh më shpejt sesa sa hap e mbyll sytë, aq shpejt sa detajet në lidhje me shkëmbimin nuk kuptohen mirë. Imagjinoni që i njëjti shkëmbim të ndodhë në një dhomë të zënë, me të tjerët që përplasen me ju dhe përgjithësisht komplikojnë dhe ngadalësojnë pasimin. Atëherë, imagjinoni sa më shpejt do të ishte shkëmbimi nëse të gjithë tërhiqeshin dhe krijonin një flluskë të sigurt që kalimi të ndodhte i papenguar.

Një bashkëpunim ndërkombëtar i shkencëtarëve, duke përfshirë Profesoreshën e fizikës në UConn Nora Berrah dhe studiuesin post-doktoraturë dhe autorin kryesor Aaron LaForge, dëshmoi këtë përmirësim të ndërmjetësuar nga flluska midis dy atomeve të heliumit duke përdorur lazer ultra fast. Rezultatet e tyre tani janë botuar në Physical Review X.

Matja e shkëmbimit të energjisë midis atomeve kërkon matje pothuajse të pakonceptueshme të shpejta, thotë LaForge.

 

“Arsyeja pse nevojiten shkallë më të shkurtër kohe është se kur shikoni në sistemet mikroskopike, si atomet ose molekulat, lëvizja e tyre është jashtëzakonisht e shpejtë, afërsisht në rendin e femtosekonda (10 -15 s), e cila është koha që u duhet atyre për të lëviz disa angstromë (10 -10 m) “, thotë LaForge.

LaForge shpjegon se këto matje bëhen me një të ashtuquajtur lazer me elektron të lirë, ku elektronet përshpejtohen gati në shpejtësinë e dritës, pastaj duke përdorur grupe magnetesh, elektronet detyrohen të valëzohen, gjë që i bën ata të lëshojnë shpërthime drite me gjatësi vale të shkurtër. “Me impulse ultra të shpejtë të lazerit mund të zgjidhni një proces për të kuptuar sa shpejt ose ngadalë ndodh diçka,” thotë LaForge.

Hapi i parë i eksperimentit ishte fillimi i procesit, thotë LaForge: “Fizikanët hetojnë dhe prishin një sistem në mënyrë që të matin përgjigjen e tij duke marrë pamje të shpejta të reagimit. Kështu, në thelb, ne synojmë të bëjmë një film molekular të dinamikës Në këtë rast, ne filluam së pari formimin e dy flluskave në një nanodroplet heliumi. Pastaj, duke përdorur një impuls të dytë, përcaktuam se sa shpejt ishin në gjendje të ndërvepronin”.

Me një impuls të dytë lazer, studiuesit matën se si bashkëveprojnë flluskat: “Pas emocionimit të dy atomeve, formohen dy flluska rreth atomeve. Atëherë atomet mund të lëvizin dhe të bashkëveprojnë me njëri-tjetrin pa pasur nevojë të shtyhen kundër atomeve ose molekulave përreth”, thotë LaForge.

Nanodroplets helium janë përdorur si një sistem model, pasi heliumi është një nga atomet më të thjeshtë në sistemin periodik, të cilat LaForge shpjegon se është një konsideratë e rëndësishme. Edhe pse ka afërsisht një milion atome heliumi brenda një nanodropleti, struktura elektronike është relativisht e thjeshtë dhe bashkëveprimet janë më të lehta për tu sqaruar me më pak elemente në sistem për tu llogaritur.

“Nëse shkoni në sisteme më komplekse, gjërat mund të ndërlikohen shumë shpejt. Për shembull, edhe uji i lëngshëm është mjaft i komplikuar, pasi që mund të ketë ndërveprime brenda vetë molekulës ose mund të bashkëveprojë me molekulat e saj fqinje të ujit”, thotë LaForge.

Së bashku me formimin e flluskave dhe dinamikën pasuese, studiuesit vunë re transferimin e energjisë, ose prishjen, midis atomeve të entuziazmuar, i cili ishte mbi një rend madhësie më shpejt se sa pritej më parë aq shpejt sa 400 femtosekonda. Në fillim, ata ishin paksa të hutuar se si të shpjegonin një proces kaq të shpejtë. Ata u afruan kolegëve teorikë fizikantë të cilët mund të kryenin simulime të nivelit më të lartë për të kuptuar më mirë problemin.

“Rezultatet e hetimit tonë ishin të paqarta, por bashkëpunimi me teoricienë na lejoi të gozhdonim dhe të shpjegonim fenomenin,” thotë LaForge.

Ai thekson se një aspekt interesant i kërkimit është se ne mund ta shtyjmë zarfin më tej në të kuptuarit e bazave të këtyre proceseve ultra të shpejtë dhe të hapim rrugën për kërkime të reja. Risi e madhe është të qenit në gjendje të krijojë një mjet për të matur ndërveprimet në afatet kohore të femtosekondës apo edhe atosekondit (10 -18 s). “Është vërtet shpërblyese kur mund të kryeni një eksperiment mjaft themelor që mund të zbatohet edhe për diçka më komplekse”, thotë LaForge.

Procesi që studiuesit vëzhguan quhet ‘Prishja Interatomike Kulombike (ICD)’ dhe është një mjet i rëndësishëm për atomet ose molekulat për të ndarë dhe transferuar energji. Flluskat e përmirësuan procesin, duke demonstruar se si mjedisi mund të ndryshojë shpejtësinë me të cilën ndodh një proces. Meqenëse ICD luan një rol të rëndësishëm në mënyrën se si indet e gjalla reagojnë ndaj ekspozimit ndaj rrezatimit, duke krijuar elektrone me energji të ulët të cilat mund të shkaktojnë dëme brenda indeve, këto zbulime janë me rëndësi biologjike, sepse ka të ngjarë që flluska të ngjashme të formohen në lëngje të tjera, si uji dhe me molekulat e tjera si proteinat.

“Të kuptuarit e afateve kohore të transferimit të energjisë në shkallën mikroskopike është thelbësore për fusha të shumta shkencore, të tilla si fizika, kimia dhe biologjia. Zhvillimi mjaft i fundit i teknologjisë së lazerit intensiv, ultra të shpejtë lejon hetime të zgjidhura me kohë me detaje të papara, duke hapur një pasuri e informacionit dhe njohurive të reja “, thotë Berrah./abcnews.al