30.10.2010

Сконструирован молекулярный 'синхротрон'

Физики из Германии и Нидерландов сконструировали аналог синхротрона, рассчитанный на работу не с заряженными частицами, а с нейтральными молекулами.

Основой конструкции установки служат 40 одинаковых элементов (авторы называют их гексапoлями), которые составляют кольцо. Каждый такой элемент объединяет шесть электродов длиной около 37 мм, расположенных параллельно друг другу и образующих цилиндрическую «трубу». Соседние гексаполи отстоят друг от друга на 2 мм.

В рабочем режиме разность потенциалов между любыми двумя ближайшими электродами гексаполя составляет 6 кВ. Результирующее осесимметричное поле ограничивает смещение в поперечном направлении: при правильном выборе состояния молекул на них будет действовать сила, направленная к центру гексаполя. В то же время они будут испытывать действие центробежной силы, определяемой скоростью их движения; в какой-то точке силы скомпенсируют друг друга, и молекулы выйдут на стабильную орбиту.

Всё это, однако, нисколько не мешает молекулам разлетаться по всей длине кольца. Для того чтобы ограничить их смещение в продольном направлении, физики кратковременно изменяют напряжение на соответствующих электродах от +2 до + 4 кВ в те моменты, когда группа молекул преодолевает зазор между гексаполями. Эта операция позволяет корректировать скорость «отстающих» и «спешащих» молекул и поддерживать плотность группы.

Тестируя установку, учёные вводили в неё молекулы дейтерированного аммония ND₃, движущиеся вперёд со скоростью около 125 м/с. Как оказалось, даже на 1025-м обороте, когда молекулы уже успели пройти через зазор 41000 раз и преодолели расстояние, превышающее 1,6 км, продольный размер групп составлял лишь 2,6 мм.

Физики также продемонстрировали возможность одновременной работы с 19 группами молекул, обращающихся по кольцу.

На базе такой установки вполне можно построить коллайдер для молекул, что авторы и собираются сделать в следующем году.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Дмитрий Сафин

Источники:

1. КОМПЬЮТЕРРА