После десятилетий предположений ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые точно измерили электрический дипольный момент молекулы монохлорида алюминия (AlCl) — неуловимого вещества, которое встречается в недрах древних галактик. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review A.
Как отметил физик Берге Хеммерлинг, один из авторов:
«Молекула, спрятанная в звездах, может помочь нам строить технологии будущего и лучше понимать космос. В химии дипольные моменты влияют на все — от связей до растворителей. В биологии — на водородные связи. В физике — на квантовую запутанность»
Представьте молекулу как крошечный магнит с положительным и отрицательным полюсами. Дипольный момент измеряет, насколько эти полюса разделены, показывая, насколько молекула «полярна» (как вода, где кислород тянет электроны сильнее, чем водород). Это влияет на все: от того, как молекулы взаимодействуют друг с другом, до их поведения в воде или при нагревании.
В химии это определяет, как вещества растворяются или связываются; в биологии — как вода формирует связи в клетках; а в физике — как молекулы могут создавать квантовую запутанность, ключ к будущим квантовым компьютерам.
В астрофизике AlCl, найденная в звездах, помогает понять их химический состав.
«Точные данные дипольного момента улучшают то, как мы интерпретируем молекулярные сигнатуры в звездном свете», — пояснил астрофизик Стивен Кейн.
Соотношение алюминия и хлора в AlCl раскрывает, как звезды формируют элементы (нуклеосинтез) и хранят историю галактик.
AlCl — крайне редкая молекула, встречающаяся в экстремальных условиях звезд, и ее сложно изучать на Земле. Создание стабильного луча молекул в вакууме и точное измерение их свойств требовало передовых технологий.
Команда Хеммерлинга создала уникальную лазерную вакуумную систему, разрабатывавшуюся семь лет. В вакууме они генерировали молекулы AlCl и изучали их с помощью высокоточной спектроскопии — метода, который анализирует, как молекулы поглощают свет, раскрывая их свойства. Результат — дипольный момент в 1,68 дебая, что лишь на 0,18 дебая отличается от оценки Дэвида Р. Лида 1956 года. Такая близость подтверждает точность старых теорий, но новое измерение открывает путь к более точным моделям.