Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Popular

‘Kenop’ listrik menyetel laju reaksi kimia dalam gas kuantum – ScienceDaily


Membangun kemampuan baru mereka untuk menginduksi molekul dalam gas ultra dingin untuk berinteraksi satu sama lain dalam jarak jauh, peneliti JILA telah menggunakan “tombol” listrik untuk mempengaruhi tumbukan molekul dan secara dramatis menaikkan atau menurunkan laju reaksi kimia.

Gas-gas super-dingin ini mengikuti aturan mekanika kuantum yang tampaknya berlawanan dengan intuisi, menampilkan satuan yang tepat, atau kuanta, energi dan gerakan yang sering kali eksotis. Dengan demikian, kemampuan untuk mengontrol reaksi kimia dalam gas kuantum yang stabil dapat memungkinkan desain bahan kimia dan gas baru, platform baru untuk komputer kuantum yang menggunakan molekul sebagai qubit yang kaya informasi (bit kuantum), dan alat baru untuk pengukuran presisi seperti jam molekuler.

Kemajuan tersebut dijelaskan dalam edisi 11 Desember Ilmu. JILA dioperasikan bersama oleh Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) dan Universitas Colorado Boulder.

“Tabrakan molekul dalam eksperimen kami sangat mekanis kuantum, dengan semua lintasannya terkuantisasi dalam hal cara mereka dapat mendekati satu sama lain,” kata Jun Ye, rekan NIST / JILA. “Ini sangat berbeda dari gas hangat di mana molekul dapat mendekati satu sama lain secara acak.”

Pekerjaan baru ini menindaklanjuti banyak pencapaian Ye sebelumnya dengan gas kuantum ultra dingin. Secara khusus, kemajuan ini dibangun di atas skema JILA yang disederhanakan untuk mendorong gas molekuler turun ke tingkat energi terendahnya, yang disebut degenerasi kuantum, di mana molekul mulai bertindak seperti gelombang tumpang tindih yang semuanya berinteraksi.

Eksperimen JILA terbaru menciptakan gas padat dari puluhan ribu molekul kalium-rubidium dalam rakitan enam elektroda, yang digunakan para peneliti untuk menghasilkan medan listrik yang dapat diatur. Molekul-molekul itu terkurung dalam tumpukan perangkap laser berbentuk pancake yang disebut kisi optik, tetapi bebas bertabrakan di dalam setiap pancake, seperti orang berseluncur di gelanggang es, kata Ye.

Tabrakan antar molekul sering kali mengakibatkan reaksi kimia yang menguras gas dengan cepat. Namun, tim JILA menemukan bahwa molekul dapat “dilindungi” dari reaksi kimia ini dengan memutar tombol sederhana – kekuatan medan listrik. Perisai disebabkan oleh medan listrik yang mengubah rotasi dan interaksi molekul.

Molekul-molekul saling tolak karena mereka fermion, kelas partikel yang tidak dapat berada dalam status dan lokasi kuantum yang sama pada waktu yang sama. Tetapi molekul dapat berinteraksi karena bersifat polar, dengan muatan listrik positif pada atom rubidium dan muatan negatif pada atom kalium. Muatan yang berlawanan menciptakan momen dipol listrik yang sensitif terhadap medan listrik. Ketika molekul bertabrakan dari kepala ke ekor, dengan muatan berlawanan, reaksi kimia dengan cepat menghabiskan gas. Ketika molekul bertabrakan berdampingan, mereka saling tolak.

Tim JILA memulai dengan menyiapkan gas di mana setiap molekul berputar dengan tepat satu unit kuantum rotasi. Jadi, setiap molekul bertindak seperti puncak kuantum kecil, berputar di sekitar porosnya, dengan hanya nilai momentum sudut (atau kecepatan rotasi) tertentu yang diizinkan oleh mekanika kuantum. Dengan mengubah medan listrik, para peneliti menemukan medan khusus (“resonansi”) di mana dua molekul yang bertabrakan dan berputar dapat bertukar rotasinya, meninggalkan satu molekul berputar dua kali lebih cepat dan yang lainnya tidak berputar sama sekali.

Kemampuan untuk bertukar rotasi sepenuhnya mengubah sifat tabrakan, menyebabkan gaya antara molekul yang bertabrakan berubah dengan cepat dari atraktif menjadi tolak di dekat resonansi. Ketika interaksi antar molekul bersifat tolak, molekul terlindung dari kehilangan, karena mereka jarang berada cukup dekat untuk bereaksi secara kimiawi. Ketika interaksinya menarik, laju reaksi kimia meningkat secara dramatis.

Di dekat resonansi, tim JILA mengamati perubahan laju reaksi kimia hampir seribu kali lipat saat menyetel kekuatan medan listrik hanya beberapa persen. Dengan perisai terkuat, laju reaksi kimia dikurangi hingga sepersepuluh dari nilai latar belakang normal, menciptakan gas yang stabil dan berumur panjang.

Ini adalah demonstrasi pertama penggunaan medan listrik untuk mengontrol secara resonansi bagaimana molekul berinteraksi satu sama lain. Hasil eksperimen sesuai dengan prediksi teoritis. Peneliti JILA berharap teknik mereka tetap efektif tanpa kisi optik, yang akan menyederhanakan upaya masa depan untuk membuat gas molekuler yang terbuat dari jenis atom lain.

Seorang kolaborator dari Paris-Saclay University, Orsay, Prancis, membuat perhitungan teoretis. Pendanaan disediakan oleh NIST, Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan, Kantor Riset Angkatan Darat, dan Yayasan Sains Nasional.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Lagutogel/a>