Un effet de résonance peut affecter considérablement la façon dont une molécule à trois atomes se refroidit lorsqu'elle est excitée, ont trouvé des physiciens Riken. L'étude, publiée dans Examen physique Amet en évidence la complexité de la dynamique de relaxation des molécules même simples.
De petites molécules énergiques dans le vide – comme celles de la haute atmosphère ou de l'espace interstellaire – peuvent se séparer ou se refroidir en libérant leur énergie en émettant de la lumière.
« Le mécanisme de disshipation d'énergie des molécules via le refroidissement radiatif est crucial pour comprendre la stabilité des molécules chaudes et excitées », explique Toshiyuki Azuma du laboratoire de physique atomique, moléculaire et optique Riken. « Il est essentiel dans les réactions chimiques dans des environnements dilués tels que la haute atmosphère de la Terre. »
Mais déterminer la dynamique de refroidissement des molécules excitées peut être difficile.
Sur le papier, l'ion positif n2O+ semble trompeusement simple. Il se compose de deux atomes d'azote liés à un atome d'oxygène, les trois atomes alignés en ligne droite.
Et lorsqu'il est excité vibrationnellement, n2O+ se déplace de l'une des trois manières – se déplaçant autour de son atome d'azote central ou s'étendant le long de son axe (le long de la liaison azote-oxygène ou en azote-nitrogen).
Naïvement, son excès d'énergie devrait être libéré dans chaque mode indépendamment. Mais son processus de refroidissement s'avère étonnamment complexe.
Effectuer des mesures est difficile – les molécules doivent être dans un vide ultra-haute et à une température à moins de 10 ° C de zéro absolu. Et le processus de refroidissement se produit sur des secondes, extrêmement long pour la spectroscopie moléculaire par des transitions électroniques, où les transitions se produisent généralement en minuscules fractions de seconde.
Maintenant, Azuma, Sakumi Harayama, Susumu Kuma et ses collègues ont utilisé la bague de stockage en ions cryogéniques de Riken – l'un des trois instruments de ce type dans le monde – pour déterminer comment N2O+ refroidie après l'excitation.
L'un des mouvements d'étirement de n2O+ a une énergie et une symétrie similaires à celles du mouvement de flexion spécifique. Cela permet aux deux modes de mouvements vibrationnels de se coupler via un phénomène connu sous le nom de résonance de Fermi, ouvrant des voies de refroidissement via des transitions vibratoires qui ne se produisent normalement pas.
L'équipe s'est donc demandé si la résonance de Fermi pourrait influencer la dynamique de refroidissement radiative de la molécule.
Pour le savoir, ils ont exploité le fait que n2O+ A deux états terrestres électroniques, un avec une résonance Fermi et une sans. Cela leur a permis de comparer directement les comportements de refroidissement avec et sans résonance Fermi.
Ils ont constaté que l'état avec le couplage de résonance Fermi avait un taux de refroidissement considérablement plus lent que celui sans lui. C'était la première fois que l'effet du couplage sur la dynamique de refroidissement était mesuré.
« Ce fut la première observation de la résonance de Fermi dans le domaine temporel, montrant des preuves claires que la résonance de Fermi joue un rôle crucial dans la dynamique de refroidissement vibratoire des molécules », note Harayama.
