क्वान्टम गणनाले वैज्ञानिकहरूलाई बरफको नयाँ गुणहरू प्रकट गरेको छ

पराबैंगनी विकिरणले बरफमा रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको एक श्रृंखला निम्त्याउँछ, जसको प्रकृति दशकौंसम्म रहस्य बनेको छ। अब शिकागो विश्वविद्यालय र अब्दुस सलाम इन्टरनेशनल सेन्टर फर थ्योरेटिकल फिजिक्सका अन्वेषकहरूले क्वान्टम मेकानिकल मोडलिङ प्रयोग गरेका छन् कि आइस क्रिस्टल जालीमा माइक्रोस्कोपिक दोषहरूले मुख्य भूमिका खेल्छन्। यो काम जर्नल प्रोसिडिङ्स अफ द नेसनल एकेडेमी अफ साइन्सेज (PNAS) मा प्रकाशित भएको थियो।

पहिलो अनौठो कुरा झन्डै ४० वर्ष पहिले देखियो: केही मिनेटको लागि पराबैंगनी प्रकाशको सम्पर्कमा आइसका नमूनाहरू र घन्टौंसम्म पराबैंगनी प्रकाशमा परेका नमूनाहरूले विभिन्न तरंगदैर्ध्यहरू अवशोषित गरे। यसको मतलब बरफको रासायनिक गुणहरू प्रकाशको प्रभावमा परिवर्तन हुन्छन्, तर त्यसपछि यी प्रक्रियाहरू व्याख्या गर्न सकिँदैन।

शिकागो विश्वविद्यालयका आणविक इन्जिनियरिङका प्राध्यापक जुलिया गल्लीले भनिन्, “यस्तो परिशुद्धताका साथ यूवी प्रकाश र बरफको अन्तरक्रियालाई यसअघि कसैले मोडल गर्न सकेको छैन।”

टोलीले कम्प्युटेसनल प्रविधिहरू लागू गर्‍यो जुन गल्ली र उनका सहकर्मीहरूले क्वान्टम टेक्नोलोजी सामग्रीहरू अध्ययन गर्न विकास गरिरहेका थिए। यी विधिहरूले बरफलाई आणविक प्रक्रियाहरूमा “विभाजित” गर्न सम्भव बनाउँदछ र त्रुटिहरूले पराबैंगनी प्रकाशसँगको अन्तरक्रियालाई कसरी प्रभाव पार्छ भनेर ठीकसँग अवलोकन गर्न – प्रयोगहरूमा प्रत्यक्ष रूपमा देख्न सकिँदैन।

वैज्ञानिकहरूले चार प्रकारका बरफहरू अध्ययन गरे: एक उत्तम क्रिस्टल र दोषहरू भएका तीन प्रकारहरू – रिक्त स्थानहरू (हराएका अणुहरू), इम्बेडेड हाइड्रोक्साइड आयनहरू र बीजेरम दोषहरू, जसले हाइड्रोजन बन्ड क्रमलाई बाधा पुर्‍याउँछ। प्रत्येक प्रकारको दोषले बरफले पराबैंगनी प्रकाशलाई अवशोषित गर्न थालेको ऊर्जामा आमूल परिवर्तन गर्छ, एक अद्वितीय “अप्टिकल फिंगरप्रिन्ट” छोड्छ जसले यसलाई वास्तविक नमूनाहरूमा पहिचान गर्न अनुमति दिन्छ र बरफमा रहेका इलेक्ट्रोनहरूले विकिरण गर्दा कसरी व्यवहार गर्छन् – चाहे तिनीहरू स्वतन्त्र रूपमा सर्छन् वा सूक्ष्म गुफाहरूमा फसेका हुन्छन्।

यी परिणामहरूले 1980s मा अवलोकनहरू व्याख्या गर्छन् जब बरफ, विकिरणको लामो अवधि पछि, नयाँ अवशोषण लाइनहरू प्रदर्शन गर्यो जुन पहिले अपरिचित थिए।

बरफ कसरी अवशोषित र प्रकाश उत्सर्जन गर्छ भनेर बुझ्नाले मोडेल पग्लन, क्र्याक गठन, र बरफ र वातावरण बीचको अन्तरक्रियामा मद्दत गर्नेछ।

टोलीले मोडेलको भविष्यवाणीहरू प्रत्यक्ष रूपमा परीक्षण गर्न प्रयोगहरू तयार गरेको छ र थप जटिल दोष सेटहरू साथै पग्लने पानीको तहको प्रभाव अध्ययन गर्ने योजनाहरू छन्।