Молекулам NO устроили допрос с пристрастием в сверхтекучей камере
|
Немецкие физики получили спектр молекулы оксида азота (NO) при температуре меньше 0,5 кельвина с беспрецедентно высоким разрешением.
Молекула NO — один из простейших радикалов (группа атомов, которая в большинство реакций вступает как целое). Ее большое значение определяется высокой химической активностью и широким распространением. Например, в атмосфере монооксид азота существенно влияет на концентрацию озона, а в живых организмах молекула NO играет важную роль при передаче сигналов между клетками.
Несмотря на простое строение молекулы NO, ее спектр, как и у любой другой молекулы, намного сложнее, чем у отдельного атома. В молекулярных спектрах к спектральным линиям, которые отвечают электронным энергетическим уровням, добавляются также линии колебательных и вращательных энергетических уровней. Разница энергий между ними меньше, чем между электронными уровнями, и поэтому они дают множество спектральных линий в инфракрасном диапазоне спектра. Точное знание этого спектра необходимо для расчета скорости химических реакций, а также для изучения того, как молекулы NO поглощают излучение.
Однако детально изучить спектр молекулы NO трудно, так как в газообразном состоянии из-за постоянных столкновений молекул заселяется большое число колебательно-вращательных уровней. Кроме того, тепловые движения молекул размывают тонкие детали спектра. В холодных же конденсированных фазах колебательно-вращательный спектр полностью меняется из-за взаимодействия молекул между собой.
Таким образом, чтобы получить детальный инфракрасный спектр монооксида азота, нужно совместить низкую температуру и свободное вращение молекулы. Специалисты Рурского университета в городе Бохум, Германия (Ruhr-Universitat Bochum) нашли элегантное решение этой задачи. В вакуумной камере они распыляли мельчайшие капли жидкого гелия — каждая размером всего около 3000 атомов. Эти капли падали в специальную трубку, где их поджидали молекулы NO. Сверхтекучий жидкий гелий обволакивал эти молекулы и охлаждал их до температуры 0,37 К. При этом атомы гелия не взаимодействовали с молекулами NO химически, а благодаря сверхтекучести, не мешали им свободно вращаться. Это позволило достичь беспрецедентного разрешения при снятии инфракрасного спектра молекулы NO.
Остается только добавить, что немецкие физики применяют описанную технологию также для изучения спектров крупных биологических молекул.
