В мире химии

Молекулярные часы проверят фундаментальные законы физики

19 июля 2014

Каждый хоть раз что-то слышал про атомные часы, но что такое часы молекулярные? Несмотря на то, что такие часы гораздо сложнее изучать, исследователи предлагают использовать молекулы, а не атомы для ультраточных измерений частот, результаты которых позволят проверить точность тех физических законов, которые мы в настоящее время склонны считать элементарными.

Штефан Шиллер (Stephan Schiller) из Университета Дюссельдорфа и его коллеги не предполагают, что молекулярные часы могут оказаться более эффективными для измерения точного времени, чем применяющиеся в настоящее время для решения этой задачи атомные часы, но идею эксперимента, который предполагается ими для молекулярных часов можно назвать интересной. Предполагается, что измерение частоты колебания атомов в молекуле, которое зависит от массы атомных ядер, позволит с особо высокой точностью определить массу протона (точнее говоря, соотношение масс протона и электрона). В то же самое время существующие в настоящее время атомные часы используют частоту перехода электронов с уровня на уровень, которая зависит главным образом от массы электрона.



Когда-нибудь у сверхточных атомных часов появятся молекулярные аналоги. (Фото: © Shutterstock)

Шиллер с коллегами решил выяснить, является ли масса протона постоянной во времени. Исследования, проведенные с цезиевыми атомными часами, которые являются эталоном единицы времен, уже указали границы, в пределах которых масса протона может незначительно меняться, однако молекулярные весы смогут определить эти изменения гораздо точнее.

Исследователи отмечают, что существующие методики и накопленный материал по изучению атомных часов, в которых происходит захват одного или двух атомных ионов электрическим полем, могут быть перенесены на захват молекулярных ионов. Исследователи предполагают, что для молекулярных часов может пригодиться простейший молекулярный ион, H2+, или его дейтерированная версия HD+, которые точнее всего обсчитать квантово-химическими методами.

Точность измерения частоты колебания частично определяется тем, что электрическое и магнитное поля, которые применяются для захвата ионов, оказывают на энергии электронов, частота также зависит и от температуры. Тем не менее, Шиллер с коллегами продемонстрировали, что измерения тщательным образом подобранных частот колебаний, влиянием температуры и напряженности полей-ловушек позволяют минимизировать влияние внешних факторов. Было рассчитано, что неопределенность измерений для HD+ при соответствующей комбинации частот составляет не более 5x10–18.

Шиллер поясняет, что проверка постоянства массы протона должно основываться на очень точных измерениях частот для систем H2+ и HD+ в отдельных экспериментах, каждый из которых должен проводиться несколько лет подряд. Если в итоге будет обнаружено непостоянство массы протона, это может показать на наши существенные пробелы в наших представлениях о фундаментальной физике, и если такое случится, теоретикам придется разрабатывать новые модели.

Источники: Phys. Rev. Lett., 2014, 113, 023004 (DOI: 10.1103/physrevlett.113.023004)


метки статьи: квантовая химия, физическая химия

В мире химии

Другие новости

30 сентября 2011 Как получить граммовые количества стабилизирующего аниона

Химики из Германии сообщают, что им удалось получить граммовые количества этого аниона всего лишь за одну синтетическую загрузку.


1 октября 2015 Щелочной аккумулятор для возобновляемых источников энергии

Исследователи из США разработали щелочной потоковый аккумулятор, который, как они надеются, поможет решить достаточно сложную проблему запасания энергии, вырабатывающейся источниками возобновляемой энергии – ветряными и солнечными электростанциями. Производительность нового источника...


18 ноября 2015 Химия меркаптанов без запаха

Каталитическая система Pd/NHC, разработанная в лаборатории Валентина Ананикова (Valentine P. Ananikov) из ИОХ РАН, может стать основой альтернативной технологии выделения и последующего использования серосодержащих соединений из нефти. В настоящее время...