Найдены «недостающие» колебательные состояния магния

Димер магния (Mg₂) представляет собой хрупкую молекулу, состоящую из двух слабо взаимодействующих атомов. Она известна ученым довольно давно, но только новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, пролило свет на природу сил, удерживающих эти атомы вместе.

Самые низкие по энергии 14 колебательных состояний Mg₂ ученые обнаружили еще в 1970-х годах. Но согласно теории, эта молекула должна была иметь 19 таких состояний. Попытки найти еще пять не увенчивались успехом на протяжении десятков лет.

Обнаружить «утерянные» колебательные состояния удалось физикам из Университета штата Мичиган. Они разработали новые вычислительные принципы квантовой химии, основанные на точных измерениях потенциальной энергии основного и возбужденного состояний, функцию дипольного момента перехода между ними и колебательно-вращательными состояниями. Новый подход позволил понять, где следует искать оставшиеся колебательные состояния и как это осуществить в эксперименте.

В квантовой механике для расчетов часто используются приближения, так как точное численное моделирование оказывается дорогостоящим. Однако в данном случае именно приближения не позволили выявить дополнительные колебания молекулы, обусловленные ее вращением. В новом исследовании ученые использовали наиболее точные значения всех параметров, чтобы решить с помощью них уравнения Шредингера для электронов и атомных ядер.

После построения модели авторы испытали ее, и оказалось, что она с высокой точностью — порядка 1 см^-1 — воспроизводит известные из экспериментов положения колебательных и вращательных полос в спектре Mg₂. Но кроме уже 14 известных модель предсказала еще 5 — именно тех, которые исследователи искали на протяжении десятилетий. Теперь, чтобы подтвердить точные теоретические предсказания на практике, ученые разрабатывают специальный эксперимент, который исключит все возможные факторы, влияющие на результаты анализа в конкретной области спектра.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.