Fizikçiler, Hayati Öneme Sahip Bir Molekül İçin 50 Yıllık Gizemi Çözdü
On yıllardır varsayımlara dayanarak bilinen alüminyum monoklorürün (AlCl) dipol momenti, antik galaksilerin içlerinde sakince dolaştığı bilinen bu önemli molekülün sonunda bilim insanları tarafından kesin olarak doğrulandı.
Elektrik dipol momenti, polaritenin bir ölçümüdür ve bu, bir sistemin kaynama noktası veya çözünebilirliği gibi pek çok fiziksel özelliğini belirleyen önemli bir ölçüttür. Bu nedenle, geçen ay Physical Review A‘de yayımlanan bu yeni sonuç, kuantum bilişimden astrofiziğe kadar çeşitli alanlarda heyecan verici uygulama fırsatları sunmaktadır.
Özümüzde, hepimiz moleküllerden oluşuruz. İster bir fincan kahve alıyor olun ister kahveyi yudumladıktan sonra sindirin, yaptığınız her şey moleküler etkileşimlerle açıklanabilir. Bu, bilim insanları için oldukça ilgi çekicidir ve birçok sebebi vardır. Bir tanesi, farklı moleküllerin birbirleriyle veya çevreleriyle nasıl etkileştiği hakkında bilgi sahibi olmak, onların karakteristik özellikleri hakkında çok şey verebilir; bu, tıpkı fizikçilerin büyük parçacık çarpıştırıcılar kullanarak farklı parçacıkları incelediği gibidir.
Bir diğer sebep ise bu etkileşimin—bu durumda dipol momenti—bilim insanlarının tamamen farklı sistemleri beklenmedik yollarla anlamalarına yardım etmesidir. “Kimyada, dipol momentleri bağlanma davranışından çözücü etkileşimlerine kadar her şeyi etkiler,” dedi California Üniversitesi (UC) Riverside’da fizikçi olan Boerge Hemmerling, bir ifade esnasında. “Biyolojide, bunlar su içindeki hidrojen bağlarını etkiler. Fizik ve astronomide dipol momentleri, komşu moleküllerin etkileşimde bulunmasını sağlamak amacıyla kullanılabilir; örneğin, aralarında bir kuantum dolanıklık oluşturma hedefiyle.”
AlCl’nin dipol momenti, özellikle birçok farklı uygulama alanında potansiyel sunuyor, UC Riverside’ın astrofizikçi ve çalışmanın ortak yazarı Stephen Kane, aynı açıklamada ekledi. “Doğru dipol momenti verileri, yıldız ışığındaki moleküler imzaların nasıl yorumlandığını geliştirir,” dedi Kane. “Yıldızlardaki alüminyum-klor oranı, AlCl ölçümleri yoluyla ortaya çıkarıldığında, yıldız nükleosentezi ve bu göksel cisimlerin madde tarihine dair kritik ipuçları verir.”
Deney için Hemmerling ve ekibi, son yedi yıldır geliştirdikleri özelleştirilmiş bir lazer vakum sistemi kurarak yüksek hassasiyetli spektroskopi yapabildi. Ayarlamanın içine bir vakumda AlCl ışınları oluşturarak, molekülü parçalar ve kimyasal yapılarını ve davranışlarını daha iyi anlamak için incelediler. Sonunda 1.68 Debye (dipol momentlerini ölçmek için kullanılan birim) olan AlCl’ın dipol momenti değerine ulaştılar.
Böylesine temel bir sayının belirlenmesinin neredeyse bir asır alması garip görünebilir, fakat tahminin aslında çok yakın olduğu ortaya çıktı. 1956’da kimyager David R. Lide, AlCl’in dipol momentini 1.5 Debye olarak tahmin etmişti; bu, Hemmerling’in sonucundan sadece 0.18 Debye’lik bir uzaklıktadır. Bu yakınlık, mevcut teorik modellerin geçerliliğini gösterirken aynı zamanda doğruluğun nasıl daha da artırılabileceğine dair bazı ipuçları sunmaktadır, Hemmerling yine aynı açıklamada söyledi.
“Uzak yıldızları daha iyi anlamamızı sağlamaktan gelecek nesil kuantum bilgisayarlarını mümkün kılmaya kadar, AlCl’ın elektrik dipol momentinin hassas ölçümü, gelecekteki keşiflerin kilidini açmada temel bir adımdır,” dedi Hemmerling.
