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ハーバード大、超低温化学反応を実現する装置を開発

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本記事は、The Coldest Bonds In The History Of Molecular Couplings
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分37秒

● 研究者は、2つのカリウムルビジウム(KRb)分子を強制的に接触させて反応させることで、世界がこれまでに見た中で最も冷たい結合を作成。

● 反応は500ナノケルビン(-273.1499995°C)で発生。

 

化学反応は宇宙で最も重要な出来事です。植物が成長し、動物が繁殖し、治癒し、消化し、考えるのは化学反応によるものです。光合成、燃焼、さび、調理、好気性および嫌気性呼吸はすべて化学反応の例です。

 

基本的なレベルで反応を観察することは、科学者が物質の性質、サンプルが他の物質とどのように相互作用するか、そして自然界がどのように機能するかを理解するのに役立ちます。 たとえば、新しい分子結合は、新しい材料とより効率的なエネルギーの生産を可能にする可能性があります。

 

最近、ハーバード大学の研究者は、ほぼすべての既存の技術の中で最も低温の化学反応を実現するための新しい装置を開発しました。彼らは、2つの超低温分子を強制的に反応させることにより、世界がこれまでに見た中で最も冷たい結合を形成することができました。

 

反応は500ナノケルビン(-273.1499995°C)で起こりました。このような超低温では、分子はほとんど停止するところまで動きが遅くなる傾向があります。研究者によると、彼らは一種のボトルネック効果に達しています。

 

なぜこれが重要なのか?

化学反応はピコ秒-1兆分の1秒で発生します。これを文脈に入れると、ピコ秒は1秒に、1秒は31,689年です。過去20年間、科学者は超高速レーザーを使用して、反応が発生したときの画像をキャプチャしてきました。しかし、彼らは全体像を見ることができていませんでした。

 

私たちが通常目にするのは、反応物が消え、非常に短いが測定可能な時間で生成物が現れることです。これまで、その間に何が起こったのかを直接測定することはできませんでした。

 

研究者がしたことは、反応する分子の温度を絶対零度近くまで下げることによって、化学反応を比較的麻痺した速度に強制したことです。彼らは、2つのカリウムルビジウム(KRb)分子を強制的に合わせ、500ナノケルビンの温度で反応させました。

超低温のため、これらの分子は数マイクロ秒の間中間状態でとどまります。これは反応を調査するのに十分な時間です。

 

研究者らは、質量分析と速度マップイメージングの組み合わせを使用して、反応物、中間体、および反応生成物を観察しました。化学反応が最も重要でとらえどころのない行為で捕らえられたのはこれが初めてです。

 

エネルギーが豊富な中間複合体の観察に加えて、この研究は中間複合体の寿命を測定し、量子から半古典反応への遷移をテストし、反応生成物の量子状態を解くことによって、超低温領域における量子力学の詳細な役割を探求する多くの可能性を開きます。

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