Nowe badanie podważa tradycyjne założenia dotyczące statystyki spinowej w wymianie ładunku jonowo-atomowego, ujawniając nieoczekiwaną dynamikę w zderzeniach C3+ i helu oraz otwierając nowe możliwości reaktywności kwantowej.
Odkąd w 1996 roku wykonano pierwsze zdjęcie komety w promieniach rentgenowskich za pomocą teleskopu rentgenowskiego, badanie wymiany ładunku w zderzeniach pomiędzy wysoko naładowanymi jonami a atomami lub cząsteczkami stało się gorącym tematem badawczym.
Astrofizycy potrzebują dokładnych danych atomowych, aby modelować obserwowane widma promieniowania rentgenowskiego. Tradycyjnie zakłada się, że wymiana ładunku przebiega zgodnie z regułami statystycznymi dotyczącymi całkowitej liczby kwantowej spinu. Te założenia dotyczące statystyki czystego spinu mają fundamentalne znaczenie w różnych dziedzinach.
Nowe ustalenia podważają ustalone założenia
Jednak nowe badanie opublikowane w Listy z przeglądu fizycznego 22 października podważył te założenia, dostarczając bezpośrednich dowodów na załamanie statystyk spinowych w zderzeniach z wymianą ładunku jon-atom. Badanie to przeprowadzili naukowcy z Instytutu Fizyki Nowoczesnej (IMP) Chińskiej Akademii Nauk (CAS).
Eksperyment przeprowadzono na niskoenergetycznych terminalach Ośrodka Badań Ciężkich Jonów w Lanzhou, wykorzystując mikroskop reakcyjny o wysokiej rozdzielczości, który charakteryzuje się dużą precyzją, czułością i skutecznością detekcji. Neutralny hel był używany jako cel w zderzeniach z C3+ jony w eksperymencie.
„C3+ Jon jest dobrym kandydatem do tego badania, ponieważ nie ma długotrwałych stanów wzbudzonych i zawsze znajduje się w stanie podstawowym w obszarze zderzenia. Za pomocą mikroskopu reakcyjnego możemy łatwo określić stany atomowe w momencie wychwytu elektronu w zderzeniach, pokonując trudności napotykane w poprzednich eksperymentach. Dlatego stosunkowo łatwiej jest dokładnie przeanalizować leżące u podstaw mechanizmy” – powiedział prof. Xiaolong Zhu z IMP, pierwszy autor tego badania.
Dzięki podejściu eksperymentalnemu i teoretycznemu naukowcy bezpośrednio zmierzyli współczynniki przekroju poprzecznego rozdzielonego spinowo, co stanowiło sondę statystyk spinowych, która wykazała załamanie założeń statystyki spinowej przy energiach o dużym uderzeniu, gdzie tradycyjnie oczekuje się, że będą one ważne.
„Nowe odkrycie rodzi intrygujące pytania zarówno dotyczące zrozumienia dynamiki elektronów podczas tak szybkich procesów kolizyjnych, jak i badania kwantowej manipulacji reaktywnością atomową i molekularną” – stwierdziła prof. Xinwen Ma z IMP, jeden z autorów badania.
Odniesienie: „Bezpośredni dowód rozkładu statystyk spinu w zderzeniach wymiany ładunku jonowo-atomowego” autorstwa XiaoLong Zhu, Shaofeng Zhang, Yong Gao, Dalong Guo, Jiawei Xu, Ruitian Zhang, Dongmei Zhao, Kaizhao Lin, Xubin Zhu, Dadi Xing, Shucheng Cui, Stylianos Passalidis, Alain Dubois i X. Ma, 22 października 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.173002
