Смешивание с электронами помогло приостановить вращение молекулярных ионов
Физики смешали катионы метилидина с электронами в криогенном накопительном кольце и изучили, как смешивание влияет на вращательную релаксацию молекулярных ионов. Результаты эксперимента позволили понять, какие из моделей точнее описывают происходящие при этом процессы. В свою очередь это поможет лучше понять, что происходит в скоплениях холодного газа вокруг галактик и в атмосферах планет. Исследование опубликовано в Physical Review Letters, кратко о нем пишет Physics.
Пытаясь построить первые модели, описывающие термодинамику газов, физики рассматривали атомы или молекулы в виде бесструктурных шариков, участвующих только в упругих соударениях. Это отлично работает, если температура газа была не слишком большой, когда кинетической энергии частиц недостаточно для существенного возбуждения внутренних степеней свободы, другими словами, когда неупругими соударениями можно пренебречь. В плазме же происходят процессы ионизации, которые не только забирают существенную часть кинетической энергии, но и добавляют в среду новый сорт частиц — электроны.
К наиболее сложным неупругим взаимодействиям физики относят столкновения электронов с молекулярными ионами в частично ионизованном молекулярном газе. Такие процессы встречаются в астрофизике, физике атмосферы и технологиях, основанных на низкотемпературной плазме. Причиной сложности стала богатая энергетическая структура молекул, включающая в себя вращательные, колебательные и электронные уровни. Это означает, что такие соударения остаются неупругими даже при довольно низких температурах. Сложность пока мешает ученым строить теорию электрон-ионных столкновений в молекулярных газах из первых принципов. Им приходится использовать существенные приближения, справедливость которых до сих пор не подтверждена из-за отсутствия достаточно детальных экспериментальных данных.