David Appell tərəfindən , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Hidrogen molekulu (solda) və deuterium molekulu (sağda) olan helium damcıları üçün elektron səpilməsinin sxemi. Müəllif: W. Zhang, Şərqi Çin Normal Universiteti, Amerika Fizika Cəmiyyətindəki Fizika jurnalı vasitəsilə

Kvant mexaniki sisteminin dalğa funksiyasını birbaşa müşahidə edə biləcək heç bir ölçmə yoxdur, lakin dalğa funksiyası hələ də olduqca faydalıdır, çünki onun (kompleks) kvadratı sistemin və ya sistemin elementlərinin ehtimal sıxlığını təmsil edir. Lakin məhdud bir sistem üçün dalğa funksiyası əldə edilə bilər.

Çinli alimlər artıq dalğa funksiyasının fəzadakı asılılığının super maye helium nanomletinə yerləşdirilmiş tək bir molekul üçün müəyyən edilə biləcəyini göstəriblər . Onların tədqiqatı Physical Review Letters jurnalında dərc olunub .

Dalğa funksiyasının necə məna qazandığı

Ervin Şrödinger 1926-cı ildə dalğa tənliyini dərc etdi və bu tənlik əhəmiyyəti dərhal aydın olmayan dalğa funksiyasının hesablanmasına imkan verdi. Həmin ilin sonlarında Maks Born dalğa funksiyasının kvadratının (yenə də kompleks ədəd kimi) kvant mexaniki sisteminin ehtimal sıxlığı olduğunu – müəyyən bir həcmdə fəzada müəyyən bir nöqtədə elementlərin mövcud olma ehtimalını təklif etdi. Bu, dalğa funksiyasını eksperimental nəticələrlə əlaqələndirdi.

Zamandan, impulsdan və ya enerjidən və s. asılı olan dalğa funksiyası üçün də oxşar bir şərh mümkün idi. Dalğa funksiyasının özünün müəyyən bir mənası olmasa da, onun mürəkkəb kvadratının real, fiziki və faydalı bir mənası var idi.

Sərbəst hissəciklərdən məhdud sistemlərə

Tək bir sərbəst hissəciyin və ya molekulun dalğa funksiyası sonsuzluğa qədər uzanan sıfırdan fərqli bir dəyərə malikdir, lakin bu ehtimal sürətlə sonsuz dərəcədə kiçik olur. Evinizdəki bir elektronun mövqeyini ölçsəniz, nəzəri olaraq Andromeda qalaktikasında ola bilər, lakin ehtimallar o qədər homojen dərəcədə kiçikdir ki, əhəmiyyətsizdir. Məşhur sonsuz kvadrat quyu potensialı və ya ” qutudakı hissəcik ” kimi məhdud bir sistemdə divarlarda və kənarda ehtimal sıxlığı sıfır olmalıdır ki, bu da qutunun içərisində kvantlanmış enerji səviyyələrinə, xaricində isə sıfır dəyərlərə gətirib çıxarır.

Eyni şey Ye və digərlərinin məqaləsindəki sistem üçün də keçərlidir, burada hidrogen (H2 ₎ və ya deuterium molekulu (D2 ₎ çox aşağı temperaturda helium nanodromletinin içərisində yerləşir. (H nüvəsində bir proton və bir orbital elektron olan hidrogen atomudur və D nüvəsində həm proton, həm də neytron və bir orbital elektron olan hidrogen izotopu olan deuteriumun simvoludur.)

_{Kiçik bir helium damcısının içinə H2} və ya D2 _molekulunun yerləşdirilməsi molekulu məhdudlaşdırır, lakin sonsuz quyu potensialından fərqli olaraq, müqavimət qüvvəsi məhduddur.

Damcı kənarında kvant tunelləmə

Kvant mexanikası, daxil edilmiş molekulun təkcə diskret enerji səviyyələrinə deyil, həm də dalğa funksiyasının sızmasına və damcının kənarına yaxın kvant tunelləşməsinə səbəb olduğunu nəzərdə tutur.

Kvant tunelləmə tamamilə kvant mexaniki xüsusiyyətdir — klassik bir vəziyyətdə, qeyri-kafi enerjiyə malik bir obyekt heç vaxt məhdudlaşdırıcı divarların kənarında görünməzdi.

Molekulları tutmaq üçün helium damcılarını dondurur

Otaq temperaturuna yaxın, 300 Kelvin temperaturunda, hidrogen molekulu H2 maddə dalğasının de Broglie dalğa uzunluğu _— maddə dalğasının yayılmasının ölçüsü olan termal de Broglie dalğa uzunluğu — 0,07 nanometrdir. Lakin 0,37 K-də — heliumun 2,17 K supermaye keçid temperaturundan aşağıda — bu, 2,0 nm-ə qədər artır. Əgər bu damcının orta radiusundan aşağıdırsa, molekul damcının özünə yaxındır. Yu və həmkarları təxminən 1000 He atomu olan təxminən 4 nm diametrli bir helium damcısından istifadə etdilər.

_{Helium damcıları axını yaratdıqdan sonra, damcılar H2} , D2 _və ya O2 _qazı olan bir hüceyrədən keçirildi . Bir damlacığa ultrabənövşəyi lazer impulsu şüalandırmaqla , dopinq molekulundan bir elektron çıxarıldı və bu elektron daha sonra ətrafdakı helium mühitinə səpələndi. Elektronun son impulsu sensorda qeyd edildi və komanda yaranan impuls paylanmalarındakı qanunauyğunluqları təhlil etdi.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Elektron naxışlarından dalğa funksiyalarının oxunması

Fotoelektron impuls paylanmaları daxil edilmiş deuterium molekulları üçün bulanıq, hidrogen molekulları üçün isə kəskin və aydın idi. Birincisi, yayılan elektronların helium damlasından keçərkən dəfələrlə səpələndiyini və sonuncunun elektronlarının minimal səpələnməyə məruz qaldığını göstərirdi. Beləliklə, deuterium molekulunun dalğa funksiyası 2 nm damla radiusuna nisbətən xeyli kiçik idi və hidrogen atomlarının dalğa funksiyası damlacıqların radiusuna yaxın daha böyük idi.

Komandanın yazdığı kimi, “fərqli … nümunələr molekulların kütlə daxilindəki kvant davranışlarından qaynaqlanır və bu davranış onların fərqli delokalizasiya və lokalizasiya dərəcələrindən təsirlənir…”. Damcılardakı oksigen molekullarının müşahidələri daha kiçik bir nəticə verdi.

Niyə daha yüngül molekullar daha çox yayılır

Daha az kütləli hidrogen molekulları nə üçün daha böyük deuterium molekullarından daha böyük məsafəyə malikdir? Daha yüngül H2 _daha çox vibrasiya enerjisinə və beləliklə daha yüksək vibrasiya tezliyinə malikdir. Beləliklə, onların sıfır nöqtəsi enerjisi adlanan ən aşağı enerji vəziyyəti daha ağır molekullardan daha yüksəkdir. (Nəzəriyyə göstərir ki, sıfır nöqtəsi enerjisi molekulun kütləsinin tərs kvadrat kökü kimi dəyişir.)

Beləliklə, molekulun elektron maddə buludunun amplitudası daha geniş yayılmışdır – molekulun fəza miqyası daha böyükdür. Müvafiq olaraq, fəza miqyası daha ağır molekullar üçün daha kiçikdir. Daha yüngül molekul daha ağır molekuldan daha çox “delokalizasiya olunmuş”dur. Tədqiqat qrupunun müşahidə etdiyi də məhz budur.

Qrup, helium damlacıqlarında işıq və soyuq molekulların delokalizasiyası ilə bağlı bu anlayışların “kvant kimyası və kondensasiya olunmuş maddə fizikasının inkişafı üçün” ümidverici olduğunu, məsələn, bu hissəcikləri istifadə edən nanoskal cihazların dizaynı kimi bir şey olduğunu söyləyir.

Müəllifimiz David Appell tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Zhengjun Ye və digərləri, Helium Nanodamcısında Tək Bir Molekulun Lokalizasiyası və Delokalizasiyası, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/lq3l-bxn7

Jurnal məlumatları: Fiziki icmal məktubları 

Əsas anlayışlar

Soyuq atomlar və maddə dalğalarıKvant korrelyasiyaları, təməlləri və formalizmHəddindən artıq axıcılıq

© 2026 Science X Network