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Ayudas de Medición de Van Der Waals Force Para Entender la Estructura de Átomos

Published on January 28, 2011 at 5:50 AM

Midiendo las fuerzas atractivas entre los átomos y las superficies con la precisión sin precedente, los físicos de la Universidad de Arizona han presentado los datos que podrían refinar nuestra comprensión de la estructura de átomos y mejorar la nanotecnología. El descubrimiento se ha publicado en las Cartas Físicas de la Revista del gorrón.

Las fuerzas de Van der Waals son fundamentales para la química, la biología y la física. Sin Embargo, están entre las acciones recíprocas químicas sabidas más débiles, así que son notorio duras de estudiar. Esta fuerza es tan débil que es duro notar en vida cotidiana. Pero cave en el mundo de micro-máquinas y de nano-robots, y usted aserrará al hilo la fuerza - por todas partes.

El Estudiante de tercer ciclo Vincent Lonij (dejado), profesor adjunto de la física Alex Cronin, asistente de investigación Holmgren y estudiante universitario Catherine Klauss realizará mantenimiento en un compartimiento usado para emitir los átomos a través de una rejilla para medir una fuerza minúscula que ayude a físicos mejor a entender la estructura de átomos.

“Si usted hace sus componentes bastante pequeños, este potencial de la furgoneta-der-Waals comienza eventual a convertirse en la acción recíproca dominante,” dijo a Vincent Lonij, estudiante de tercer ciclo en el departamento del UA de la física que llevó la investigación como parte de su tesis doctoral.

“Si usted hace minúsculo, los engranajes minúsculos para un nano-robot, por ejemplo, bastón de esos engranajes apenas juntos y paran. Queremos entender mejor cómo esta fuerza trabaja.”

Para estudiar la fuerza de la furgoneta-der-Waals, Lonij y sus compañeros de trabajo Quieren Holmgren, Cathy Klauss y profesor adjunto de la física Alex Cronin diseñó un ajuste experimental sofisticado que puede medir las acciones recíprocas entre únicos átomos y una superficie. Los físicos se aprovechan de la mecánica cuántica, que declara que los átomos pueden ser estudiados y lo describió como partículas y como ondas.

“Disparamos un haz de átomos a través de una rejilla, clase como de una valla de estacas de la microescala,” Lonij explicamos. “Mientras Que los átomos pasan a través de la rejilla, obran recíprocamente con la superficie de las barras grating, y podemos medir esa acción recíproca.”

Mientras Que los átomos pasan a través de las ranuras en la rejilla, la fuerza de la furgoneta-der-Waals las atrae a las barras que separan las ranuras. Dependiendo de cómo es fuerte la acción recíproca, él cambia la trayectoria del átomo, apenas como un haz de luz está doblado cuando pasa a través del agua o de un prisma.

Una onda que pasa a través del centro de la ranura hace tan relativamente descargado. Por otra parte, si los pasos de una onda del átomo se cierran por los bordes de la ranura, obra recíprocamente con la superficie y salta un dígito binario delante, “fuera de fase,” como los físicos dicen.

“Después De Que los átomos pasan a través de la rejilla, detectamos cuánto son las ondas fuera de la fase, que nos informa cómo es fuerte el potencial de la furgoneta-der-Waals era cuando los átomos obraron recíprocamente con la superficie.”

Misterioso como parece, sin la fuerza de la furgoneta-der-Waals, vida sea imposible. Por ejemplo, ayuda a las proteínas que componen nuestros cuerpos para plegable en las estructuras complejas que les permiten ir alrededor sus trabajos sumamente especializados.

A Diferencia de la atracción magnética, que afecta solamente a los metales o a la materia que llevan una corriente eléctrica, las fuerzas de la furgoneta-der-Waals hacen que cualquier cosa adhiere cualquier cosa, con tal que los dos estén extremadamente cerca de uno a. Porque la fuerza es tan débil, su acción no coloca más allá de la escala de los átomos - que es exacto la razón por la que no hay pruebas de tal fuerza en nuestro mundo diario y porqué lo dejamos a los físicos tales como Lonij para desenredar sus secretos.

Inicialmente, la curiosidad lo impulsó simple, Lonij dijo. Cuando él comenzó su proyecto, él no sabía que llevaría a una nueva manera de medir las fuerzas entre los átomos y las superficies que pueden cambiar los físicos de la manera piensan en los átomos.

Y con una sonrisa, él agregó, “Yo pensó que estaría ajustando para estudiar esta fuerza, puesto que soy de los Países Bajos; Sr. van der Waals era Holandés, también.”

Además de probar que los electrones de base contribuyen al potencial de la furgoneta-der-Waals, Lonij y su grupo hicieron otro descubrimiento importante.

Los Físicos en todo el mundo quién están estudiando la estructura del átomo se están esforzando para las pruebas patrones que les permiten probar sus teorías sobre cómo los átomos trabajan y obran recíprocamente. “Nuestras mediciones de los potenciales de la átomo-superficie pueden servir como tales pruebas patrones,” Lonij explicaron. “Podemos ahora probar teoría atómica de una nueva manera.”

Estudiando cómo los átomos interactivos son difíciles porque no son bolas simple minúsculas. En Lugar, son lo que llaman los físicos los sistemas del mucho-cuerpo. “Un átomo consiste en un manojo entero de otras partículas, los electrones, neutrones, protones, y así sucesivamente,” Lonij dijo.

Aunque el átomo en conjunto no lleva a cabo ninguna carga eléctrica neta, las diversas partículas cargadas que se mueven alrededor en su interior son qué crean la fuerza de la furgoneta-der-Waals en el primer lugar.

“Qué suceso es que los electrones, que llevan a cabo toda la carga negativa, y los protones, que llevan a cabo toda la carga positiva, no están siempre en los mismos lugares. Tan usted puede tener pequeñas diferencias minúsculas responsables que estén fluctuando muy rápidamente. Si usted pone una carga cerca de una superficie, usted induce una carga de la imagen. De una manera altamente simplificada, usted podría decir que el átomo está atraído a su propia reflexión.”

A los físicos, que prefieren cosas aseadas y limpias y manejables con matemáticas afiladísimas, tal sistema, compuesto de muchas partículas más pequeñas empinadura alrededor de uno a, es difícil de precisar. Para agregar a la complicación, la mayoría de las superficies no son limpias. Pues Lonij la pone, “Comparar un sistema tan sucio a la teoría es un gran reto, pero imaginamos una manera de hacerla de todos modos.”

“Las críticas grandes de este tipo de trabajo estaban siempre, “bien, usted está midiendo este potencial de la átomo-superficie, pero usted no conoce lo que no conocen los parecer superficiales tan usted lo que usted está midiendo realmente. “”

Para eliminar este problema, las personas de Lonij utilizaron diversos tipos de átomos y los observaban cómo cada uno obró recíprocamente con la misma superficie.

“Nuestra técnica le da la relación de transformación de potenciales directamente sin nunca conocer el potencial para cualquiera de los dos átomos,” él dijo. “Cuando comencé hace cinco años, la incertidumbre en estos tipos de mediciones era el 20 por ciento. La trajimos derribamos al dos por ciento.”

El descubrimiento más importante era que los electrones internos de un átomo, estando en órbita el núcleo en un rango más cercano que los electrones exteriores del átomo, influencian la manera que el átomo obra recíprocamente con la superficie.

“Mostramos que estos electrones de base contribuyen al potencial de la átomo-superficie,” a Lonij dijimos, “cuál era sabido solamente en teoría hasta ahora. Ésta es la primera demostración experimental que los electrones de base afectan a potenciales de la átomo-superficie.”

“Pero cuál es quizás más importante,” él agregó, “es que usted puede también girarla alrededor. Ahora sabemos que los electrones de base afectan a potenciales de la átomo-superficie. También sabemos que estos electrones de base son duros de calcular en teoría atómica. Podemos utilizar Tan mediciones de los potenciales de la átomo-superficie de hacer la teoría mejor: La teoría del átomo.”

Fuente: http://www.arizona.edu/

Last Update: 11. January 2012 11:06

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