Сконструирован молекулярный «синхротрон»

Физики из Германии и Нидерландов сконструировали аналог синхротрона, рассчитанный на работу не с заряженными частицами, а с нейтральными молекулами.

Основой конструкции установки служат 40 одинаковых элементов (авторы называют их гексапóлями), которые составляют кольцо. Каждый такой элемент объединяет шесть электродов длиной около 37 мм, расположенных параллельно друг другу и образующих цилиндрическую «трубу». Соседние гексаполи отстоят друг от друга на 2 мм.

ring_1.jpg Рис. 1. Внешний вид «синхротрона» и увеличенное изображение трёх гексаполей (фото Fritz Haber Institute).

В рабочем режиме разность потенциалов между любыми двумя ближайшими электродами гексаполя составляет 6 кВ. Результирующее осесимметричное поле ограничивает смещение в поперечном направлении: при правильном выборе состояния молекул на них будет действовать сила, направленная к центру гексаполя. В то же время они будут испытывать действие центробежной силы, определяемой скоростью их движения; в какой-то точке силы скомпенсируют друг друга, и молекулы выйдут на стабильную орбиту.

Всё это, однако, нисколько не мешает молекулам разлетаться по всей длине кольца. Для того чтобы ограничить их смещение в продольном направлении, физики кратковременно изменяют напряжение на соответствующих электродах от +2 до + 4 кВ в те моменты, когда группа молекул преодолевает зазор между гексаполями. Эта операция позволяет корректировать скорость «отстающих» и «спешащих» молекул и поддерживать плотность группы.

voltagex.jpg Рис. 2. Схема подачи напряжения на электроды гексаполя (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Тестируя установку, учёные вводили в неё молекулы дейтерированного аммония ND3, движущиеся вперёд со скоростью около 125 м/с. Как оказалось, даже на 1025-м обороте, когда молекулы уже успели пройти через зазор 41 000 раз и преодолели расстояние, превышающее 1,6 км, продольный размер групп составлял лишь 2,6 мм.

Физики также продемонстрировали возможность одновременной работы с 19 группами молекул, обращающихся по кольцу.

На базе такой установки вполне можно построить коллайдер для молекул, что авторы и собираются сделать в следующем году.

bunches_0.jpg Рис. 3. Падение плотности молекул в группе с увеличением пройденного расстояния (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Peter C. Zieger, Sebastiaan Y. T. van de Meerakker, Cynthia E. Heiner, Hendrick L. Bethlem, André J. A. van Roij, and Gerard Meijer Multiple Packets of Neutral Molecules Revolving for over a Mile. – Phys. Rev. Lett. – 2010. – V.105. – P.~173001 [4 pages].

По материалам:

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4 (3 votes)
Источник(и):

1. PhysOrg