Физици разрешиха 50-годишната мистерия на ключова молекула

След десетилетия на спекулации, учени от Калифорнийския университет в Ривърсайд за първи път точно измериха електрическия диполен момент на молекулата алуминиев монохлорид (AlCl) – неуловимо вещество, открито дълбоко в древни галактики. Проучването е публикувано в списание Physical Review A.

„Молекулата, скрита в звездите, би могла да ни помогне да изградим бъдещи технологии и да разберем по-добре Космоса. В химията диполните моменти влияят на всичко – от връзки до разтворители. В биологията – върху водородните връзки. Във физиката – върху квантовото заплитане“, казва физикът Берге Хемерлинг.

Какво е диполен момент и защо е важен?

Представете си молекулата като малък магнит с положителен и отрицателен полюс. Диполният момент измерва колко далеч са тези полюси един от друг, показвайки колко „полярна“ е молекулата (като водата, където кислородът привлича електроните по-силно от водорода).

Това засяга всичко – от това как молекулите взаимодействат помежду си, до това как се държат във вода или при нагряване.

В химията определя как веществата се разтварят или свързват; в биологията – как водата образува връзки в клетките; във физиката – как молекулите могат да създадат квантово заплитане, ключът към бъдещите квантови компютри.

В астрофизиката, AlCl, открит в звездите, помага за разбирането на техния химичен състав.

„Точните данни за диполния момент подобряват начина, по който интерпретираме молекулярните сигнатури в звездната светлина“, твърди астрофизикът Стивън Кейн.

Съотношението на алуминий към хлор в AlCl разкрива как звездите образуват елементи (нуклеосинтез) и съхраняват историята на галактиките.

AlCl е изключително рядка молекула, открита в екстремни звездни среди и е трудна за изучаване на Земята.

Създаването на стабилен лъч от молекули във вакуум и точното измерване на техните свойства изискваше напреднали технологии.

Екипът на Хемерлинг е създал уникална лазерна вакуумна система, чието разработване е отнело седем години.

Във вакуум учените са генерирали молекули AlCl и са ги изследвали с помощта на високопрецизна спектроскопия, техника, която анализира как молекулите абсорбират светлина, разкривайки техните свойства.

Резултатът е диполен момент от 1,68 дебая, което е само с 0,18 дебая по-различно от оценката на Дейвид Р. Лийд от 1956 г. Тази близост потвърждава точността на старите теории, но новото измерване отваря пътя към по-точни модели, пише „Наука“.