आणविक भौतिकी: Difference between revisions

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[[File:Thermally Agitated Molecule.gif|right|thumb|300px|प्रोटीन अल्फा हेलिक्स का एक ऊष्मीय रूप से उत्तेजित खंड। इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम राज्यों के अलावा, अणुओं में घूर्णी और कंपन गति के अनुरूप स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री होती है। प्रशंसनीय तापमान पर, इनमें से कई नए गतिमान मोड उत्तेजित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप निरंतर गति होती है जैसा कि ऊपर देखा गया है।]]आणविक भौतिकी [[अणु]]ओं और [[आणविक गतिकी]] के भौतिक गुणों का अध्ययन है। यह क्षेत्र [[भौतिक रसायन]] विज्ञान, [[रासायनिक भौतिकी]] और [[क्वांटम रसायन]] विज्ञान के साथ महत्वपूर्ण रूप से ओवरलैप करता है। इसे अक्सर परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी के उप-क्षेत्र के रूप में माना जाता है। आणविक भौतिकी का अध्ययन करने वाले अनुसंधान समूहों को आम तौर पर इन अन्य क्षेत्रों में से एक के रूप में नामित किया जाता है। आणविक भौतिकी अणुओं के भीतर आणविक संरचना और व्यक्तिगत परमाणु प्रक्रियाओं दोनों के कारण घटना को संबोधित करती है। [[परमाणु भौतिकी]] की तरह, यह [[विद्युत चुम्बकीय विकिरण]] और पदार्थ के बीच बातचीत का वर्णन करने के लिए [[शास्त्रीय यांत्रिकी]] और [[क्वांटम यांत्रिकी]] के संयोजन पर निर्भर करता है। क्षेत्र में प्रयोग अक्सर परमाणु भौतिकी से उधार ली गई तकनीकों जैसे [[स्पेक्ट्रोस्कोपी]] और [[ बिखरने ]] पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं।
[[File:Thermally Agitated Molecule.gif|right|thumb|300px|प्रोटीन अल्फा हेलिक्स का एक ऊष्मीय रूप से उत्तेजित खंड। विद्युतिए क्वांटम राज्यों के अतिरिक्त, अणुओं में घूर्णी और कंपन गति के अनुरूप स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री होती है। प्रशंसनीय तापमान पर, इनमें से कई नए गतिमान मोड उत्तेजित होते है, जिसके परिणामस्वरूप निरंतर गति होती है जैसा कि ऊपर देखा गया है।]]'''आणविक भौतिकी''' [[अणु|अणुओं]] और [[आणविक गतिकी]] के भौतिक गुणों का अध्ययन होता है। यह क्षेत्र [[भौतिक रसायन]] विज्ञान, [[रासायनिक भौतिकी]] और [[क्वांटम रसायन]] विज्ञान के साथ महत्वपूर्ण रूप से अतिव्याप्त करता है। इसे अधिकांशतः परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी के उप-क्षेत्र के रूप में माना जाता है। आणविक भौतिकी का अध्ययन करने वाले अनुसंधान समूहों को सामान्यतः इन अन्य क्षेत्रों में से एक के रूप में नामित किया जाता है। आणविक भौतिकी अणुओं के भीतर आणविक संरचना और व्यक्तिगत परमाणु प्रक्रियाओं दोनों के कारण घटना को संबोधित करता है। [[परमाणु भौतिकी]] की तरह, यह [[विद्युत चुम्बकीय विकिरण]] और पदार्थ के बीच बातचीत का वर्णन करने के लिए [[शास्त्रीय यांत्रिकी|मौलिक यांत्रिकी]] और [[क्वांटम यांत्रिकी]] के संयोजन पर निर्भर करता है। क्षेत्र में प्रयोग अधिकांशतः परमाणु भौतिकी से उधार ली गई तकनीकों जैसे [[स्पेक्ट्रोस्कोपी]] और [[ बिखरने |बिखरने]] पर बहुत अधिक निर्भर करते है।


== आणविक संरचना ==
== आणविक संरचना ==


एक अणु में, [[इलेक्ट्रॉन]]ों और [[परमाणु नाभिक]] दोनों [[कूलम्ब इंटरेक्शन]] से समान पैमाने की शक्तियों का अनुभव करते हैं। हालाँकि, अणु में नाभिक लगभग निश्चित स्थानों पर रहते हैं जबकि इलेक्ट्रॉन महत्वपूर्ण रूप से चलते हैं। एक अणु की यह तस्वीर इस विचार पर आधारित है कि [[न्यूक्लियॉन]] इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक भारी होते हैं, इसलिए समान बल की प्रतिक्रिया में बहुत कम गति करेंगे। इस विवरण को सत्यापित करने के लिए अणुओं पर [[न्यूट्रॉन प्रकीर्णन]] प्रयोगों का उपयोग किया गया है।<ref name=B&J>{{cite book|last1=Bransden|first1=B.H.|last2=Joachain|first2=C.J.|title=परमाणुओं और अणुओं का भौतिकी|date=1990|publisher=John Wiley & Sons,Inc.|location=New York|isbn=0-470-20424-9}}</ref>
एक अणु में, [[इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रॉनों]] और [[परमाणु नाभिक]] दोनों [[कूलम्ब इंटरेक्शन|कूलम्ब परस्पर]] से समान पैमाने की ऊर्जा का अनुभव करते है। चूंकि, अणु में नाभिक लगभग निश्चित स्थानों पर रहते है जबकि इलेक्ट्रॉन महत्वपूर्ण रूप से चलते है। एक अणु की यह तस्वीर इस विचार पर आधारित है कि [[न्यूक्लियॉन]] इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक भारी होते है, इसलिए समान बल की प्रतिक्रिया में बहुत कम गति होती है। इस विवरण को सत्यापित करने के लिए अणुओं पर [[न्यूट्रॉन प्रकीर्णन]] प्रयोगों का उपयोग किया गया है।<ref name=B&J>{{cite book|last1=Bransden|first1=B.H.|last2=Joachain|first2=C.J.|title=परमाणुओं और अणुओं का भौतिकी|date=1990|publisher=John Wiley & Sons,Inc.|location=New York|isbn=0-470-20424-9}}</ref>
=== आणविक ऊर्जा स्तर और स्पेक्ट्रा ===
=== आणविक ऊर्जा स्तर और स्पेक्ट्रा ===
[[File:Molecule motion.png|thumb|150px|एक अणु के भीतर घूर्णी और कंपन ऊर्जा स्तरों से जुड़ी गति। विभिन्न घूर्णी और कंपन स्तर रोटेशन या दोलन की विभिन्न दरों के अनुरूप होते हैं। यहाँ दिखाया गया उदाहरण एक साधारण डायटोमिक अणु है, लेकिन सिद्धांत बड़े और अधिक जटिल संरचनाओं के लिए समान है।]]जब परमाणु अणुओं में जुड़ते हैं, तो उनके आंतरिक इलेक्ट्रॉन अपने मूल नाभिक से बंधे रहते हैं, जबकि बाहरी संयोजी इलेक्ट्रॉन अणु के चारों ओर वितरित होते हैं। इन [[अणु की संयोजन क्षमता]] का आवेश वितरण एक अणु के इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर को निर्धारित करता है, और [[आणविक कक्षीय सिद्धांत]] द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो एकल परमाणुओं के लिए उपयोग किए जाने वाले परमाणु कक्षीय का बारीकी से अनुसरण करता है। यह मानते हुए कि इलेक्ट्रॉनों का संवेग ħ/a के क्रम में है (जहाँ ħ घटी हुई प्लांक स्थिरांक है और a अणु के भीतर औसत आंतरिक दूरी है, ~1Å), इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं के लिए ऊर्जा रिक्ति के परिमाण का अनुमान लगाया जा सकता है कुछ [[इलेक्ट्रॉन वोल्ट]] पर। यह सबसे कम आणविक ऊर्जा राज्यों के लिए मामला है, और विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के दृश्य और [[पराबैंगनी]] क्षेत्रों में संक्रमण के अनुरूप है।<ref name="B&J" /><ref name=Dudley>{{cite book|editor-last=Williams|editor-first=Dudley|title=Methods of Experimental Physics, Volume 3: Molecular Physics|date=1962|publisher=Academic Press|location=New York and London|url=https://doi.org/10.1021/ed040pA324}}</ref>
[[File:Molecule motion.png|thumb|150px|एक अणु के भीतर घूर्णी और कंपन ऊर्जा स्तरों से जुड़ी गति। विभिन्न घूर्णी और कंपन स्तर रोटेशन या दोलन की विभिन्न दरों के अनुरूप होते है। यहाँ दिखाया गया उदाहरण एक साधारण डायटोमिक अणु है, लेकिन सिद्धांत बड़े और अधिक जटिल संरचनाओं के लिए समान है।]]जब परमाणु अणुओं में जुड़ते है, तो उनके आंतरिक इलेक्ट्रॉन अपने मूल नाभिक से बंधे रहते है, जबकि बाहरी संयोजी इलेक्ट्रॉन अणु के चारों ओर वितरित होते है। इन [[अणु की संयोजन क्षमता]] का आवेश वितरण एक अणु के विद्युतिए ऊर्जा स्तर को निर्धारित करता है, और [[आणविक कक्षीय सिद्धांत]] द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो एकल परमाणुओं के लिए उपयोग किए जाने वाले परमाणु कक्षीय का बारीकी से अनुसरण करता है। यह मानते हुए कि इलेक्ट्रॉनों का संवेग ħ/a के क्रम में है (जहाँ ħ घटी हुई प्लांक स्थिरांक है और a अणु के भीतर औसत आंतरिक दूरी है, ~1Å), विद्युतिए अवस्थाओं के लिए ऊर्जा रिक्ति के परिमाण का अनुमान लगाया जा सकता है। यह सबसे कम आणविक ऊर्जा होती है, और विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के दृश्य और [[पराबैंगनी]] क्षेत्रों में संक्रमण के अनुरूप होते है।<ref name="B&J" /><ref name=Dudley>{{cite book|editor-last=Williams|editor-first=Dudley|title=Methods of Experimental Physics, Volume 3: Molecular Physics|date=1962|publisher=Academic Press|location=New York and London|url=https://doi.org/10.1021/ed040pA324}}</ref>
परमाणुओं के साथ साझा किए गए इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरों के अलावा, अणुओं में कंपन और घूर्णी अवस्थाओं के अनुरूप अतिरिक्त [[परिमाणीकरण (भौतिकी)]] ऊर्जा स्तर होते हैं। कंपन ऊर्जा स्तर अणु में उनके संतुलन की स्थिति के बारे में नाभिक की गति को संदर्भित करता है। अणु द्वारा उत्पादित विद्युत क्षमता में प्रत्येक नाभिक को [[क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर]] के रूप में मानकर और समान क्षमता का अनुभव करने वाले इलेक्ट्रॉन की संबंधित आवृत्ति की तुलना करके इन स्तरों की अनुमानित ऊर्जा रिक्ति का अनुमान लगाया जा सकता है। परिणाम यह है कि इलेक्ट्रॉनिक स्तरों के लिए ऊर्जा की दूरी लगभग 100 गुना कम है। इस अनुमान के अनुरूप, कंपन स्पेक्ट्रम निकट अवरक्त (लगभग 1 - 5 μm) में संक्रमण दिखाते हैं।<ref name="Dudley" />अंत में, घूर्णी ऊर्जा राज्य पूरे अणु के अर्ध-कठोर रोटेशन का वर्णन करते हैं और दूर [[अवरक्त]] और माइक्रोवेव क्षेत्रों (लगभग 100-10,000 माइक्रोमीटर | [[तरंग दैर्ध्य]] में μm) में संक्रमण तरंग दैर्ध्य का उत्पादन करते हैं। ये सबसे छोटे ऊर्जा अंतराल हैं, और उनके आकार को एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा (~ħ/a के रूप में ऊपर अनुमानित) के आंतरिक परमाणु रिक्ति ~1Å के साथ एक द्विपरमाणुक अणु की ऊर्जा की तुलना करके समझा जा सकता है।<ref name="B&J" />
परमाणुओं के साथ साझा किए गए विद्युतिए ऊर्जा स्तरों के अतिरिक्त, अणुओं में कंपन और घूर्णी अवस्थाओं के अनुरूप अतिरिक्त [[परिमाणीकरण (भौतिकी)]] ऊर्जा स्तर होते है। कंपन ऊर्जा स्तर अणु में उनके संतुलन की स्थिति के बारे में नाभिक की गति को संदर्भित करता है। अणु द्वारा उत्पादित विद्युत क्षमता में प्रत्येक नाभिक को [[क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर]] के रूप में मानकर और समान क्षमता का अनुभव करने वाले इलेक्ट्रॉन की संबंधित आवृत्ति की तुलना करके इन स्तरों की अनुमानित ऊर्जा का अनुमान लगाया जा सकता है। परिणाम यह है कि विद्युतिए स्तरों के लिए ऊर्जा की दूरी लगभग 100 गुना कम होती है। इस अनुमान के अनुरूप, कंपन वर्णक्रम निकट अवरक्त (लगभग 1 - 5 μm) में संक्रमण दिखाते है।<ref name="Dudley" /> अंत में, घूर्णी ऊर्जा पूरे अणु के अर्ध-कठोर रोटेशन का वर्णन करते है और दूर [[अवरक्त]] और माइक्रोवेव क्षेत्रों (लगभग 100-10,000 माइक्रोमीटर | [[तरंग दैर्ध्य]] में μm) में संक्रमण तरंग दैर्ध्य का उत्पादन करते है। ये सबसे छोटे ऊर्जा अंतराल होता है, और उनके आकार को एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा (~ħ/a के रूप में ऊपर अनुमानित) के आंतरिक परमाणु रिक्ति ~1Å के साथ एक द्विपरमाणुक अणु की ऊर्जा की तुलना करके समझा जा सकता है।<ref name="B&J" />


वास्तविक आणविक स्पेक्ट्रा भी संक्रमण दिखाते हैं जो एक साथ इलेक्ट्रॉनिक, कंपन और घूर्णी अवस्थाओं को जोड़ते हैं। उदाहरण के लिए, घूर्णी और कंपन दोनों अवस्थाओं से जुड़े संक्रमणों को अक्सर घूर्णी-कंपन या रोविब्रेशनल संक्रमण कहा जाता है। [[वाइब्रोनिक कपलिंग]] ट्रांजिशन इलेक्ट्रॉनिक और वाइब्रेशनल ट्रांजिशन को जोड़ती है, और [[ रोविब्रोनिक युग्मन ]] ट्रांजिशन इलेक्ट्रॉनिक, रोटेशनल और वाइब्रेशनल ट्रांजिशन को जोड़ती है। प्रत्येक प्रकार के संक्रमण से जुड़ी बहुत भिन्न आवृत्तियों के कारण, इन मिश्रित संक्रमणों से जुड़ी तरंग दैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में भिन्न होती है।<ref name = "Dudley" />
वास्तविक आणविक भी संक्रमण दिखाते है जो एक साथ विद्युतिए, कंपन और घूर्णी अवस्थाओं को जोड़ते है। उदाहरण के लिए, घूर्णी और कंपन दोनों अवस्थाओं से जुड़े संक्रमणों को अधिकांशतः घूर्णी-कंपन या रोविब्रेशनल संक्रमण कहा जाता है। [[वाइब्रोनिक कपलिंग]] संक्रमण विद्युतिए और वाइब्रेशनल संक्रमण को जोड़ती है, और [[ रोविब्रोनिक युग्मन |रोविब्रोनिक युग्मन]] संक्रमण विद्युतिए, रोटेशनल और वाइब्रेशनल संक्रमण को जोड़ती है। प्रत्येक प्रकार के संक्रमण से जुड़ी बहुत भिन्न आवृत्तियों के कारण, इन मिश्रित संक्रमणों से जुड़ी तरंग दैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम में भिन्न होती है।<ref name = "Dudley" />
== प्रयोग ==
== प्रयोग ==


सामान्य तौर पर, आणविक भौतिकी प्रयोगों के लक्ष्य आकार और आकार, विद्युत और चुंबकीय गुण, आंतरिक ऊर्जा स्तर, और अणुओं के लिए [[आयनीकरण ऊर्जा]] और [[पृथक्करण ऊर्जा]] ऊर्जा को चिह्नित करना है। आकार और आकार के संदर्भ में, घूर्णी स्पेक्ट्रा और कंपन स्पेक्ट्रा जड़ता के आणविक क्षणों के निर्धारण की अनुमति देते हैं, जो अणुओं में आंतरिक दूरी की गणना के लिए अनुमति देता है। एक्स-रे विवर्तन, विशेष रूप से भारी तत्वों वाले अणुओं के लिए सीधे आंतरिक परमाणु रिक्ति के निर्धारण की अनुमति देता है।<ref name = "Dudley" />स्पेक्ट्रोस्कोपी की सभी शाखाएं लागू ऊर्जा की विस्तृत श्रृंखला (पराबैंगनी से माइक्रोवेव शासन) के कारण आणविक ऊर्जा स्तरों के निर्धारण में योगदान करती हैं।
समयतः, आणविक भौतिकी प्रयोगों के लक्ष्य और आकार, विद्युत और चुंबकीय गुण, आंतरिक ऊर्जा स्तर, और अणुओं के लिए [[आयनीकरण ऊर्जा]] और [[पृथक्करण ऊर्जा]] ऊर्जा को चिह्नित करता है। आकार के संदर्भ में, घूर्णी स्पेक्ट्रा और कंपन स्पेक्ट्रा के आणविक क्षणों के निर्धारण की अनुमति देते है, जो अणुओं में आंतरिक दूरी की गणना के लिए अनुमति देता है। एक्स-रे विवर्तन, विशेष रूप से भारी तत्वों वाले अणुओं के लिए सीधे आंतरिक परमाणु रिक्ति के निर्धारण की अनुमति देता है।<ref name = "Dudley" /> स्पेक्ट्रोस्कोपी की सभी शाखाएं लागू ऊर्जा की विस्तृत श्रृंखला (पराबैंगनी से माइक्रोवेव शासन) के कारण आणविक ऊर्जा स्तरों के निर्धारण में योगदान करता है।


=== वर्तमान शोध ===
=== वर्तमान शोध ===


परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी के भीतर, [[मानक मॉडल से परे भौतिकी]] के लिए मौलिक स्थिरांक और जांच को सत्यापित करने के लिए अणुओं का उपयोग करने वाले कई अध्ययन हैं। कुछ आणविक संरचनाओं को नई भौतिकी घटनाओं के प्रति संवेदनशील होने की भविष्यवाणी की जाती है, जैसे [[समता (भौतिकी)]]<ref>{{cite journal | doi = 10.1103/PhysRevLett.100.023003 | volume=100 | issue = 2| title=परमाणु स्पिन-निर्भर समता उल्लंघन को मापने के लिए अणुओं का उपयोग करना| year=2008 | journal=Physical Review Letters | author1 = D. DeMille | author2= S. B. Cahn|author3=D. Murphree|author4=D. A. Rahmlow|author5=M. G. Kozlov}}</ref> और टी-समरूपता | समय-उलट<ref>{{cite journal | doi = 10.1103/PhysRevLett.119.133002 | volume=119 | issue = 13| title=लेजर-कूल्ड पॉलीएटोमिक अणु के साथ टाइम-रिवर्सल समरूपता उल्लंघन का सटीक मापन| year=2017 | journal=Physical Review Letters | author1=Ivan Kozyryev |author2=Nicholas R. Hutzler}}</ref> उल्लंघन। [[ट्रैप्ड आयन क्वांटम कंप्यूटर]] के लिए अणु को एक संभावित भविष्य का मंच भी माना जाता है, क्योंकि उनकी अधिक जटिल ऊर्जा स्तर संरचना व्यक्तिगत परमाणुओं की तुलना में क्वांटम जानकारी की उच्च दक्षता एन्कोडिंग की सुविधा प्रदान कर सकती है।<ref>{{cite journal | doi = 10.1103/PhysRevA.74.050301 | volume=74 | issue = 5| title=ध्रुवीय अणुओं के साथ मजबूत क्वांटम संगणना के लिए योजनाएँ| year=1978 | journal=Physical Review Letters | author1=S. F. Yelin|author2=K. Kirby|author3=Robin Côté}}</ref> एक रासायनिक भौतिकी के दृष्टिकोण से, [[इंट्रामोल्युलर कंपन ऊर्जा पुनर्वितरण]] प्रयोग कंपन संबंधी स्पेक्ट्रा का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए करते हैं कि कंपन से उत्तेजित अणु के विभिन्न क्वांटम राज्यों के बीच ऊर्जा का पुनर्वितरण कैसे किया जाता है।<ref>{{cite journal | doi = 10.1016/0009-2614(78)80096-7 | volume=54 | issue = 2| title=Collisionless intramolecular energy transfer in vibrationally excited SF6| year=1978 | journal=Chemical Physics Letters | author1=T.F.Deutsch |author2=S.R.J.Brueck}}</ref>
परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी के भीतर, [[मानक मॉडल से परे भौतिकी]] के लिए मौलिक स्थिरांक और जांच को सत्यापित करने के लिए अणुओं का उपयोग करने वाले कई अध्ययन होते है। कुछ आणविक संरचनाओं को नई भौतिकी घटनाओं के प्रति संवेदनशील होने की भविष्यवाणी की जाती है, जैसे [[समता (भौतिकी)]]<ref>{{cite journal | doi = 10.1103/PhysRevLett.100.023003 | volume=100 | issue = 2| title=परमाणु स्पिन-निर्भर समता उल्लंघन को मापने के लिए अणुओं का उपयोग करना| year=2008 | journal=Physical Review Letters | author1 = D. DeMille | author2= S. B. Cahn|author3=D. Murphree|author4=D. A. Rahmlow|author5=M. G. Kozlov}}</ref> और टी-समरूपता | समय-उलट<ref>{{cite journal | doi = 10.1103/PhysRevLett.119.133002 | volume=119 | issue = 13| title=लेजर-कूल्ड पॉलीएटोमिक अणु के साथ टाइम-रिवर्सल समरूपता उल्लंघन का सटीक मापन| year=2017 | journal=Physical Review Letters | author1=Ivan Kozyryev |author2=Nicholas R. Hutzler}}</ref> उल्लंघन होता है। [[ट्रैप्ड आयन क्वांटम कंप्यूटर]] के लिए अणु को एक संभावित भविष्य का मंच भी माना जाता है, क्योंकि उनकी अधिक जटिल ऊर्जा स्तर संरचना व्यक्तिगत परमाणुओं की तुलना में क्वांटम जानकारी की उच्च दक्षता एन्कोडिंग की सुविधा प्रदान कर सकती है।<ref>{{cite journal | doi = 10.1103/PhysRevA.74.050301 | volume=74 | issue = 5| title=ध्रुवीय अणुओं के साथ मजबूत क्वांटम संगणना के लिए योजनाएँ| year=1978 | journal=Physical Review Letters | author1=S. F. Yelin|author2=K. Kirby|author3=Robin Côté}}</ref> एक रासायनिक भौतिकी के दृष्टिकोण से, [[इंट्रामोल्युलर कंपन ऊर्जा पुनर्वितरण]] प्रयोग कंपन संबंधी स्पेक्ट्रा का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए करते है कि कंपन से उत्तेजित अणु के विभिन्न क्वांटम स्थतियों के बीच ऊर्जा का पुनर्वितरण कैसे किया जाता है।<ref>{{cite journal | doi = 10.1016/0009-2614(78)80096-7 | volume=54 | issue = 2| title=Collisionless intramolecular energy transfer in vibrationally excited SF6| year=1978 | journal=Chemical Physics Letters | author1=T.F.Deutsch |author2=S.R.J.Brueck}}</ref>
== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
{{portal|Physics}}
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Revision as of 15:04, 29 May 2023

प्रोटीन अल्फा हेलिक्स का एक ऊष्मीय रूप से उत्तेजित खंड। विद्युतिए क्वांटम राज्यों के अतिरिक्त, अणुओं में घूर्णी और कंपन गति के अनुरूप स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री होती है। प्रशंसनीय तापमान पर, इनमें से कई नए गतिमान मोड उत्तेजित होते है, जिसके परिणामस्वरूप निरंतर गति होती है जैसा कि ऊपर देखा गया है।

आणविक भौतिकी अणुओं और आणविक गतिकी के भौतिक गुणों का अध्ययन होता है। यह क्षेत्र भौतिक रसायन विज्ञान, रासायनिक भौतिकी और क्वांटम रसायन विज्ञान के साथ महत्वपूर्ण रूप से अतिव्याप्त करता है। इसे अधिकांशतः परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी के उप-क्षेत्र के रूप में माना जाता है। आणविक भौतिकी का अध्ययन करने वाले अनुसंधान समूहों को सामान्यतः इन अन्य क्षेत्रों में से एक के रूप में नामित किया जाता है। आणविक भौतिकी अणुओं के भीतर आणविक संरचना और व्यक्तिगत परमाणु प्रक्रियाओं दोनों के कारण घटना को संबोधित करता है। परमाणु भौतिकी की तरह, यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण और पदार्थ के बीच बातचीत का वर्णन करने के लिए मौलिक यांत्रिकी और क्वांटम यांत्रिकी के संयोजन पर निर्भर करता है। क्षेत्र में प्रयोग अधिकांशतः परमाणु भौतिकी से उधार ली गई तकनीकों जैसे स्पेक्ट्रोस्कोपी और बिखरने पर बहुत अधिक निर्भर करते है।

आणविक संरचना

एक अणु में, इलेक्ट्रॉनों और परमाणु नाभिक दोनों कूलम्ब परस्पर से समान पैमाने की ऊर्जा का अनुभव करते है। चूंकि, अणु में नाभिक लगभग निश्चित स्थानों पर रहते है जबकि इलेक्ट्रॉन महत्वपूर्ण रूप से चलते है। एक अणु की यह तस्वीर इस विचार पर आधारित है कि न्यूक्लियॉन इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक भारी होते है, इसलिए समान बल की प्रतिक्रिया में बहुत कम गति होती है। इस विवरण को सत्यापित करने के लिए अणुओं पर न्यूट्रॉन प्रकीर्णन प्रयोगों का उपयोग किया गया है।[1]

आणविक ऊर्जा स्तर और स्पेक्ट्रा

एक अणु के भीतर घूर्णी और कंपन ऊर्जा स्तरों से जुड़ी गति। विभिन्न घूर्णी और कंपन स्तर रोटेशन या दोलन की विभिन्न दरों के अनुरूप होते है। यहाँ दिखाया गया उदाहरण एक साधारण डायटोमिक अणु है, लेकिन सिद्धांत बड़े और अधिक जटिल संरचनाओं के लिए समान है।

जब परमाणु अणुओं में जुड़ते है, तो उनके आंतरिक इलेक्ट्रॉन अपने मूल नाभिक से बंधे रहते है, जबकि बाहरी संयोजी इलेक्ट्रॉन अणु के चारों ओर वितरित होते है। इन अणु की संयोजन क्षमता का आवेश वितरण एक अणु के विद्युतिए ऊर्जा स्तर को निर्धारित करता है, और आणविक कक्षीय सिद्धांत द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो एकल परमाणुओं के लिए उपयोग किए जाने वाले परमाणु कक्षीय का बारीकी से अनुसरण करता है। यह मानते हुए कि इलेक्ट्रॉनों का संवेग ħ/a के क्रम में है (जहाँ ħ घटी हुई प्लांक स्थिरांक है और a अणु के भीतर औसत आंतरिक दूरी है, ~1Å), विद्युतिए अवस्थाओं के लिए ऊर्जा रिक्ति के परिमाण का अनुमान लगाया जा सकता है। यह सबसे कम आणविक ऊर्जा होती है, और विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के दृश्य और पराबैंगनी क्षेत्रों में संक्रमण के अनुरूप होते है।[1][2]

परमाणुओं के साथ साझा किए गए विद्युतिए ऊर्जा स्तरों के अतिरिक्त, अणुओं में कंपन और घूर्णी अवस्थाओं के अनुरूप अतिरिक्त परिमाणीकरण (भौतिकी) ऊर्जा स्तर होते है। कंपन ऊर्जा स्तर अणु में उनके संतुलन की स्थिति के बारे में नाभिक की गति को संदर्भित करता है। अणु द्वारा उत्पादित विद्युत क्षमता में प्रत्येक नाभिक को क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर के रूप में मानकर और समान क्षमता का अनुभव करने वाले इलेक्ट्रॉन की संबंधित आवृत्ति की तुलना करके इन स्तरों की अनुमानित ऊर्जा का अनुमान लगाया जा सकता है। परिणाम यह है कि विद्युतिए स्तरों के लिए ऊर्जा की दूरी लगभग 100 गुना कम होती है। इस अनुमान के अनुरूप, कंपन वर्णक्रम निकट अवरक्त (लगभग 1 - 5 μm) में संक्रमण दिखाते है।[2] अंत में, घूर्णी ऊर्जा पूरे अणु के अर्ध-कठोर रोटेशन का वर्णन करते है और दूर अवरक्त और माइक्रोवेव क्षेत्रों (लगभग 100-10,000 माइक्रोमीटर | तरंग दैर्ध्य में μm) में संक्रमण तरंग दैर्ध्य का उत्पादन करते है। ये सबसे छोटे ऊर्जा अंतराल होता है, और उनके आकार को एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा (~ħ/a के रूप में ऊपर अनुमानित) के आंतरिक परमाणु रिक्ति ~1Å के साथ एक द्विपरमाणुक अणु की ऊर्जा की तुलना करके समझा जा सकता है।[1]

वास्तविक आणविक भी संक्रमण दिखाते है जो एक साथ विद्युतिए, कंपन और घूर्णी अवस्थाओं को जोड़ते है। उदाहरण के लिए, घूर्णी और कंपन दोनों अवस्थाओं से जुड़े संक्रमणों को अधिकांशतः घूर्णी-कंपन या रोविब्रेशनल संक्रमण कहा जाता है। वाइब्रोनिक कपलिंग संक्रमण विद्युतिए और वाइब्रेशनल संक्रमण को जोड़ती है, और रोविब्रोनिक युग्मन संक्रमण विद्युतिए, रोटेशनल और वाइब्रेशनल संक्रमण को जोड़ती है। प्रत्येक प्रकार के संक्रमण से जुड़ी बहुत भिन्न आवृत्तियों के कारण, इन मिश्रित संक्रमणों से जुड़ी तरंग दैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम में भिन्न होती है।[2]

प्रयोग

समयतः, आणविक भौतिकी प्रयोगों के लक्ष्य और आकार, विद्युत और चुंबकीय गुण, आंतरिक ऊर्जा स्तर, और अणुओं के लिए आयनीकरण ऊर्जा और पृथक्करण ऊर्जा ऊर्जा को चिह्नित करता है। आकार के संदर्भ में, घूर्णी स्पेक्ट्रा और कंपन स्पेक्ट्रा के आणविक क्षणों के निर्धारण की अनुमति देते है, जो अणुओं में आंतरिक दूरी की गणना के लिए अनुमति देता है। एक्स-रे विवर्तन, विशेष रूप से भारी तत्वों वाले अणुओं के लिए सीधे आंतरिक परमाणु रिक्ति के निर्धारण की अनुमति देता है।[2] स्पेक्ट्रोस्कोपी की सभी शाखाएं लागू ऊर्जा की विस्तृत श्रृंखला (पराबैंगनी से माइक्रोवेव शासन) के कारण आणविक ऊर्जा स्तरों के निर्धारण में योगदान करता है।

वर्तमान शोध

परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी के भीतर, मानक मॉडल से परे भौतिकी के लिए मौलिक स्थिरांक और जांच को सत्यापित करने के लिए अणुओं का उपयोग करने वाले कई अध्ययन होते है। कुछ आणविक संरचनाओं को नई भौतिकी घटनाओं के प्रति संवेदनशील होने की भविष्यवाणी की जाती है, जैसे समता (भौतिकी)[3] और टी-समरूपता | समय-उलट[4] उल्लंघन होता है। ट्रैप्ड आयन क्वांटम कंप्यूटर के लिए अणु को एक संभावित भविष्य का मंच भी माना जाता है, क्योंकि उनकी अधिक जटिल ऊर्जा स्तर संरचना व्यक्तिगत परमाणुओं की तुलना में क्वांटम जानकारी की उच्च दक्षता एन्कोडिंग की सुविधा प्रदान कर सकती है।[5] एक रासायनिक भौतिकी के दृष्टिकोण से, इंट्रामोल्युलर कंपन ऊर्जा पुनर्वितरण प्रयोग कंपन संबंधी स्पेक्ट्रा का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए करते है कि कंपन से उत्तेजित अणु के विभिन्न क्वांटम स्थतियों के बीच ऊर्जा का पुनर्वितरण कैसे किया जाता है।[6]

यह भी देखें

स्रोत

  • परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी: एल.टी. द्वारा नया शोध। चेन; नोवा साइंस पब्लिशर्स, इंक। न्यूयॉर्क

संदर्भ

  1. 1.0 1.1 1.2 Bransden, B.H.; Joachain, C.J. (1990). परमाणुओं और अणुओं का भौतिकी. New York: John Wiley & Sons,Inc. ISBN 0-470-20424-9.
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 Williams, Dudley, ed. (1962). Methods of Experimental Physics, Volume 3: Molecular Physics. New York and London: Academic Press.
  3. D. DeMille; S. B. Cahn; D. Murphree; D. A. Rahmlow; M. G. Kozlov (2008). "परमाणु स्पिन-निर्भर समता उल्लंघन को मापने के लिए अणुओं का उपयोग करना". Physical Review Letters. 100 (2). doi:10.1103/PhysRevLett.100.023003.
  4. Ivan Kozyryev; Nicholas R. Hutzler (2017). "लेजर-कूल्ड पॉलीएटोमिक अणु के साथ टाइम-रिवर्सल समरूपता उल्लंघन का सटीक मापन". Physical Review Letters. 119 (13). doi:10.1103/PhysRevLett.119.133002.
  5. S. F. Yelin; K. Kirby; Robin Côté (1978). "ध्रुवीय अणुओं के साथ मजबूत क्वांटम संगणना के लिए योजनाएँ". Physical Review Letters. 74 (5). doi:10.1103/PhysRevA.74.050301.
  6. T.F.Deutsch; S.R.J.Brueck (1978). "Collisionless intramolecular energy transfer in vibrationally excited SF6". Chemical Physics Letters. 54 (2). doi:10.1016/0009-2614(78)80096-7.