Studies of atomic, molecular and cluster ions and their interactions


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/06/2013
End date: 31/12/2017
Funding: 3300000 SEK


Description

Var kommer vi ifrån och hur uppstår liv? Hur bildas och dör stjärnor och solsystem och vad består universum egentligen av? Det är frågor som sysselsatt mänskligheten sedan urminnes tider. Nu kommer vi självklart inte att finna något som ens liknar svar på dessa frågor med hjälp av den nya faciliteten DESIREE på Stockholms Universitet, men vi kan närma oss några av frågeställningarna på delvis nya, unika sätt, och då på den detaljnivån som utgörs av hur enskilda atomer och molekyler reagerar med varandra och med ljus. Hur går det t.ex. till när biologins molekylära byggstenar, som t.ex. aminosyror, formas av mindre molekyler? Sker det huvudsakligen när två molekyler möts i vakuum, måste reaktionen ske på en yta av ett stoftkorn eller ispartikel eller skapas nya mer komplexa molekyler när en grupp av lättare molekyler, ett kluster, träffas av en jon, elektron, eller någon annan form av kosmisk strålning? Dessa aspekter - och mycket intressanta och hittills inte väl förstådda detaljer i själva växelverkansprocesserna - kan undersökas under förhållanden som på ett kontrollerat och unikt sätt är direkt relevanta för både de fundamentala och de astrofysikaliska frågeställningarna. Små molekyler, som t.ex. H2, tror man kan spela viktiga roller när vissa stjärnor bildas eftersom de kan stråla ut en del av den värme som utvecklas när gravitationen drar ihop materia som från början är utspridd, men H2 förstörs i kollisioner med H- joner som i sin tur förstörs i kollisioner med t.ex. H+ och det är den senare processen som vi bland annat vill undersöka inom det här projektet. DESIREE-faciliteten erbjuder alltså möjligheter att undersöka reaktioner med enskilda atomer och molekyler, hur molekyler bildas, reagerar och förstörs vid temperaturer omkring 10 grader över absoluta nollpunkten (dvs runt 10 Kelvin) och vid tryck som svarar mot förhållanden i t.ex. interstellära moln (10^17 gånger lägre än lufttrycket vid jordytan). Genom alltmer förfinade observationsmetoder vet vi att stora molekyler som HC11N, C60 och så kallade PAH molekyler (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons på engelska) förekommer i rymden men vi vet inte hur de skapas och förstörs och hur de reagerar med andra atomära system - och i PAH fallet vet man inte ens exakt vilka molekyler det är bara att de troligen tillhör PAH familjen. För en tid sedan har man upptäckt ganska rikliga förekomster av negativa joner av kolkedjemolekyler som t.ex. C4H- och C6H- i rymden. Här är våra möjligheten att utföra experiment med internt kylda system avgörande för tolkningar och jämförelser med teoretiska modeller och beräkningar. DESIREE-faciliteten består av flera delar. Huvudinstrumentet är en dubbel elektrostatisk jonlagringsring (DESIREE: Double ElectroStatic Ion Ring Experiment) vars temperatur kan regleras ned till ungefär 10 Kelvin med hjälp av fyra kryogeneratorer. Att ringarna är elektrostatiska innebär att man kan lagra både lätta och mycket tunga atomära/molekylära joner, och när den är kyld kommer jonerna internt att anta samma låga temperatur som omgivningen, alltså t.ex. 10 Kelvin, vilket gör att antalet möjliga kvanttillstånd begränsas starkt till de med lägst energi. Dessutom blir det möjligt att lagra mycket löst bundna system, som t.ex. vissa negativa joner, även sådana med flera extra elektroner, vilka kan vara instabila vid rumstemperatur men stabila (och mycket reaktiva) vid lägre temperaturer. De två lagringsringarna, vardera med omkrets runt 8.8 meter, har en gemensam sektion där två strålar av atomära/molekylära joner med olika laddningar kan fås att sammanfalla genom att ha positiva joner i den ena ringen och negativa i den andra. I den gemensamma sektionen innesluts båda strålarna av rörformade elektroder och genom att lägga små spänningar på dessa accelereras den ena jonstrålen medan den andra retarderas och man kan då stämma av kollisionshastigheten till (nära) noll. DESIREE-faciliteten har en separat uppställning för att optimera produktion av jonstrålar och här finns möjligheter att utföra andra typer av experiment där man t.ex. undersöker hur några få vattenmolekyler som fästs på en bio-molekyl kan skydda denna mot skador om systemet plötsligt värms upp med t.ex. en laser. DESIREE-facilitetens huvudinstrument med de två lagringsringarna håller nu på att evakueras för att så småningom nå tillräckligt låga tryck för att kunna kylas ned till 10 Kelvin. Anläggningen kommer att trimmas in genom att lagra jonstrålar under 2012 och experimenten startas 2013.

Last updated on 2017-22-03 at 07:13