Hollanda'daki araştırmacılar, normalde güçlü biçimde kutupsal olan moleküllerin düşük enerjili çarpışmalarda dipol momentlerinin fiilen 'kapanabildiğini' deneysel olarak gösterdi. Sonuç, kutupsallığın kuantum mekaniksel resmini doğruluyor ve fizikçilere mutlak sıfıra yakın kimyayı kontrol etmek için yeni bir düğme verebilir.
Radboud Üniversitesi Nijmegen'den Bas van de Meerakker'in grubu ve işbirlikçilerinin yaptığı deney Nature Chemistry'de yayımlandı. Çalışma, ekibin 2023'teki simülasyonlarının amonyak (NH3) molekülleri arasındaki çarpışma kesitinin enerji azaldıkça keskin biçimde düşmesi gerektiğini öngördüğü teorik çalışmanın devamı niteliğinde. Bu öngörü, kutupsal bir molekülün asimetrik yük dağılımının düşük hızlarda çarpışmayı daha olası kılacağını söyleyen klasik resimle çelişiyordu.
Kuantum açıklaması incelikli. Belirli bir kuantum durumunda yalıtılmış kutupsal bir molekülün belirli bir paritesi vardır; bu, laboratuvar çerçevesinde ölçülen net dipol momentinin tam olarak sıfır olduğu anlamına gelir. Yüksek çarpışma enerjilerinde, birbirine yaklaşan iki molekülün elektrostatik alanları karşıt pariteli durumları karıştırır ve birbirlerinin dipollerini 'açar'; bu da çarpışma oranını artırır. Düşük enerjilerde ise moleküller bu karışımı tetikleyecek kadar yaklaşamaz, dolayısıyla dipoller kapalı kalır ve etkileşim düşer.
Bunu kanıtlamak zorlu bir deneysel engelin aşılmasını gerektirdi. İki soğuk molekül demetini birleştirmek normalde elektrik alanları kullanır; ancak her iki demetteki moleküllerin dipol momentleri neredeyse aynı olduğunda, bir demeti yönlendiren alan diğerini de saptırır ve demetler hiç örtüşmeyebilir. Ekip, 2,6 metrelik bir Stark yavaşlatıcıyı, kavisli bir heksapol kılavuzunu ve birleştirilmiş bir kuadrupol/heksapol tuzağını bir araya getirerek demetleri tam doğru konumda ve aralarında en küçük açıyla örtüştürdü.
Ardından NH3–NH3 çarpışmaları için öngörülen enerji bağımlılığını doğruladılar ve hidrojenin döteryumla değiştirilmesi durumunda (NH3–ND3 ve ND3–ND3 çarpışmaları) bu bağımlılığın değiştiğini gösterdiler. Çalışmaya dahil olmayan TU Wien'den fizikçi Tim Langen, deneysel yaklaşımı etkileyici ve sonucu ikna edici bulduğunu, bunun soğuk ve ultra soğuk moleküller üzerine çalışan araştırmacılar için geniş ilgi göreceğini düşündüğünü söyledi.
Pratik sonuçlar iki yönlü. Daha düşük inelastik kesitler, saçılmanın gözlemlenmesini zorlaştırdığı için birleştirilmiş demetli saçılma deneylerini güçleştiriyor; ama aynı zamanda tuzaklardan daha az molekül kaybedilmesi anlamına geliyor. Ekibin sonraki adımı, çarpışma bölgesine kontrollü bir elektrik alanı eklemek. Mekanizmanın son derece hassas tepki vermesi, hatta küçük alanların bile kesitleri büyüklük mertebeleri kadar değiştirebilmesi bekleniyor.
