Un gruppo di ricerca, affiliato con l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) della Corea del Sud ha scoperto che quando gli stati quantici rotazionali di molecole non polari cambiano sotto l'influenza di campi laser (campi laser non risonanti), così le loro traiettorie di movimento.

I lanciatori di baseball lanciano una varietà di campi, ognuno dei quali ha una traiettoria leggermente diversa. Questo perché ogni tipo di lancio dipende dal grado di interazione con l'aria che scorre intorno alla palla. Uno studio recente, L'UNIST affiliato ha svelato che anche le piccole molecole invisibili hanno traiettorie di movimento diverse per ogni stato di rotazione quando interagiscono con il laser.

Un gruppo di ricerca, guidato dal professor Bum Suk Zhao nella Scuola di Scienze Naturali dell'UNIST ha scoperto che quando gli stati quantistici rotazionali di molecole non polari cambiano sotto l'influenza di campi laser (campi laser non risonanti), così le loro traiettorie di movimento. Come il lancio di baseball, il grado di allineamento delle molecole varia a seconda degli stati quantistici rotazionali, che porta cambiamenti significativi alle traiettorie delle molecole.

Le molecole ruotano liberamente in ogni stato quantistico di rotazione quando non è presente alcun campo laser. Però, quando quelle molecole che inizialmente ruotano liberamente interagiscono con un campo laser, avviene un cambiamento. Così, in presenza di un campo laser, anche una molecola non polare sperimenta un momento di dipolo indotto, e tale grado varia a seconda dello stato quantistico rotazionale. Queste molecole sono allineate in una direzione specifica (la direzione di polarizzazione laser) e allo stesso tempo, i moti traslazionali (movimento in avanti) delle molecole cambiano interagendo con il campo laser.

Come questo, il grado di polarità indotto da un campo elettrico esterno è noto come, tasso di polarizzazione. Questo non è solo legato al grado di allineamento delle molecole, ma anche lo stato quantistico rotazionale. Il grado di allineamento delle molecole varia a seconda dell'intensità dei campi laser. Però, nell'interpretazione dei risultati sperimentali precedentemente riportati, l'effetto dell'allineamento molecolare dipendente dallo stato rotazionale nella dispersione delle molecole è stato trascurato.

Nello studio, il team di ricerca ha spiegato accuratamente le traiettorie di movimento delle molecole, considerando l'effetto di allineamento. Attraverso esperimenti di dispersione, il team di ricerca ha dimostrato l'effetto dell'allineamento stato-dipendente sulla diffusione delle molecole CS2 (disolfuro di carbonio) da parte di un'onda stazionaria ottica formata da due fasci laser a infrarossi pulsati (IR) contro-propaganti con proprietà identiche. I risultati sono stati analizzati attraverso simulazioni di traiettorie, considerando l'effetto di allineamento. Secondo la loro analisi, considerando l'effetto di allineamento, le variazioni di velocità nella direzione trasversale sono state ben spiegate.

"Nel giornale, pubblicato in Lettere di revisione fisica nel 2015, c'era qualcosa che non poteva essere spiegato dalla "velocità di polarizzazione che varia con ogni stato quantistico rotazionale, "dice Lee Young Kim (M.S./Ph.D. in Fisica, UNISTA), come primo autore dello studio. "Questa volta, attraverso un'accurata valutazione del tasso di polarizzazione, tenendo conto dell'effetto di allineamento, è stato possibile interpretare con successo gli esperimenti di scattering."

"L'indagine accurata della dispersione di molecole allineate attraverso i campi laser può essere la pietra angolare del controllo dei movimenti molecolari traslazionali, nonché per lo sviluppo di tecnologie in grado di separare molecole non polari in base al loro stato rotazionale, " dice il professor Zhao. "Questo studio servirà come base per ulteriori ricerche, come la separazione di isomeri distribuiti in diversi stati quantistici, così come per lo studio delle dinamiche di reazione."

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati in Progressi scientifici .