Az időmérés felbontásának. tíz milliárdszoros növekedése (mindössze) 36 év alatt

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Az időmérés felbontásának. tíz milliárdszoros növekedése (mindössze) 36 év alatt"

Károly Kocsis
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 cím Az időmérés felbontásának tíz milliárdszoros növekedése (mindössze) 36 év alatt Keszei Ernő ELTE TTK Kémiai Intézet Fizikai Kémiai Tanszék

2 11 éves koromban kaptam ajándékba az 1928-as bekötött évfolyamot Első cikkem a Természet Világában az 1993-as évfolyam márciusi számában jelent meg Eddigi utolsó cikkem a 140. évfolyam februári számában jelent meg Témaválasztásom is a Természet Világa időbeli alakulásához illeszkedik...

3 szemek t á vols á ga a v í zfelsz í nt ő l, cm etológia = viselkedéstudomány etológia Néprajz: csoportok, közösségek szokásainak vizsgálata 20 a fej lehajtásának kezdete a fej felemelésének vége 10 Állattan: állatok viselkedésének vizsgálata egyedül, illetve közösségben (négylábú) állatok mozgása (Erről beszél majd Horváth Gábor) 0 a csőr eléri a vizet idő, s Hogyan iszik a tyúk? a csőr kiemelése a vízből Csányi Vilmos Etológia c. könyvéből (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2002)

vizsgálata egyedül, illetve közösségben (négylábú) állatok mozgása (Erről beszél majd Horváth Gábor) 0 a csőr eléri a vizet

ügető ló gyors állatok etológiája lassított felvétel idő, ms Eadweard Muybridge, 1878 a ló indítja a felvételt (Leland Stanford lótenyésztő 25 000 $

4 ügető ló gyors állatok etológiája lassított felvétel idő, ms Eadweard Muybridge, 1878 a ló indítja a felvételt (Leland Stanford lótenyésztő $ fogadása) Fehér pálya, 1/1000 s zársebesség, igen érzékeny film Stanford megnyerte a fogadást (A részletekről majd Horváth Gábor előadásában hallhatnak.)

000 $ fogadása) Fehér pálya, 1/1000 s zársebesség, igen érzékeny film

5 tera- giga- mega- kilo- másodperc milli- mikro- nano- pico- femto- atto- zepto- yocto- peta- a Föld kora az ember megjelenése az emberi élet hossza egy nap egy perc molekula-foton kölcsönhatás nukleonok mozgása atommagban atommag-neutrino kölcsönhatás Időskála molekuláris történések időskálája Elemi reakciók időablaka rezgési energiaeloszlás szolvatáció szingulett gerjesztett állapot élettartama molekularezgés molekulaforgás elektronés energiaátadás triplett gerjesztett állapot élettartama Számítógépek órajele

Elemi reakciók időablaka rezgési energiaeloszlás szolvatáció szingulett gerjesztett állapot élettartama molekularezgés molekulaforgás elektronés

6 tera- giga- mega- kilo- milli- mikro- nano- pico- femto- atto- zepto- yocto- peta- a Föld kora az ember megjelenése az emberi élet hossza egy nap egy perc molekula-foton kölcsönhatás nukleonok mozgása atommagban atommag-neutrino kölcsönhatás Időskála2 kémiai történések mérési tartománya keverés áramlás villanófény lézer-módusfotolíziszinkronizáció utántávolság fotolízis stopper beállítása optikai úthossz oszcilloszkóp késleltetés késleltetés szolvatáció szingulett gerjesztett állapot élettartama molekularezgés molekulaforgás elektronés energiaátadás triplett gerjesztett állapot élettartama rezgési energiaeloszlás erősített lézerek + impulzus összenyomás

beállítása optikai úthossz oszcilloszkóp késleltetés késleltetés 1850-1900 1900-1949 1949-1967 1967-1972 1972-1985 1985- szolvatáció szingulett gerjesztett állapot élettartama molekularezgés

7 idõ, másodperc időfelbontás az időfelbontás növekedése 36 év alatt szeres növekedés!! erősített lézerek + impulzus összenyomás késleltetés villanófény-fotolízis + relaxáció optikai úthossz, oszcilloszkóp pikoszekundumos lézerek gyűrűs elrendezés; CPM oszcilloszkóp, késleltetés nanoszekundumos lézerek (módusszinkronizáció) oszcilloszkóp, késleltetés 10-3 áramlásos módszerek távolság beállítása év

optikai úthossz, oszcilloszkóp pikoszekundumos lézerek gyűrűs elrendezés; CPM oszcilloszkóp, késleltetés

8 Gyorsáramlásos módszer (1949-ig; 10 3 s)

9 Megállított áramlásos reaktor ( Stopped flow, 1940-től, 10 3 s)

10 Villanófény-fotolízis (1949-től; 10 5 s) Nobel-díj: Norrish, Porter; 1967

11 Impulzuslézerek (1960-tól; 10 9 s)

12 Gyűrűs elrendezésű módusszinkronizált lézerek CPM ring laser (Colliding Pulse Mode locked; 1974-től, s)

13 pump-probe Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés referencia mérés detektor Nd:YAG lézer minta D 2 O gerjesztés Ar - ion lézer erősítő CPM lézer késleltetés 1 fs = 0,3 m fényút

mérés detektor Nd:YAG lézer minta D 2 O gerjesztés

14 Késleltetés 1 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés intenzitás gerjesztés mérés késleltetés idő

15 intenzitás Késleltetés 2 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés gerjesztés mérés késleltetés idő

16 intenzitás Késleltetés 3 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés gerjesztés mérés késleltetés idő

17 intenzitás Késleltetés 4 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés gerjesztés mérés késleltetés idő

18 Átmeneti állapot Az átmeneti állapot elmélet (1935) AB + C [A B C] A + BC Potenciális energia Vetület ( térkép ): átmeneti állapot A + BC AB + C A + BC AB + C R BC R AB R BC R AB az átmeneti állapot élettartama ~10 13 s

19 Átmeneti állapot 2 Az átmeneti állapot elmélet

20 Potenciális energia lézerfotolízis Egy kis lézerkémia: lézerfotolízis A B C A + BC magasabb gerjesztett állapot gerjesztett állapot alapállapot A BC távolság

21 pump-probe 1 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés A kanadai Sherbrooke-i Egyetem 1988-ban létesített femtokémiai laboratóriuma részletek 1 m lézerekről:

22 pump-probe 4 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés 10 cm Az MTA SZFKI 2002-ben épített femtoszekundumos lézerberendezése

23 pump-probe 5 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérlet elve rövid impulzusok koherencia és szelektivitás 1 fs = 0.3 m fényút ~ 100 fs

24 koherencia inkoherens mozgás, nincs szelektivitás koherens mozgás, jó szelektivitás

25 Zewail Ahmed Zewail, az évi kémiai Nobel-díjas 1946-ban született Egyiptomban. Tanulmányai: Alexandriai Egyetem (Egyiptom), majd Pennsylvaniai Egyetem (U.S.A.) Ph. D a University of California Berkely munkatársa, 1976 a California Institute of Technology munkatársa, 1990 professzor, a kémiai-fizikai részleg vezetője. Wolf-díj (1993), Nobel-díj (1999). (Ki Kicsoda, 2000) A Nobel-díjat kémiai reakciók átmeneti állapotainak femtoszekundumos spektroszkópiai vizsgálataiért kapta.

26 1stEC opening plenary lecture, Monday 9 AM: Ahmed Zewail (Pasadena, U.S.A.): 4D chemistry and biology

27 I CN Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: az ICN molekula disszociációja ICN [I CN ] I + CN

28 lassított felvétel Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: hogyan készül a lassított felvétel? referencia minta mérés detektor gerjesztés Nd:YAG lézer Ar-ion lézer 1 fs = 0.3 m fényút erősítő CPM lézer késleltetés 1. a minta felé indul egy gerjesztő impulzus 2. a gerjesztő impulzust követi adott késleltetéssel egy mérő impulzus 3. a detektor megméri a teljes lézerindukált fluoreszcenciát 4. a következő gerjesztő impulzus csak másodperc után indul

29 lassított felvétel 2 Analógia: 100 méteres futóverseny videofelvétele hogyan készül a lassított felvétel? 1. a rajtpisztolyra elindul a futam 2. a rajtot követően adott helyen álló kamerához ér a mezőny 3. a kamera ekkor felvesz egyetlen képkockát 4. a következő futam csak 30 ezer év múlva indul 1. a minta felé indul egy gerjesztő impulzus 2. a gerjesztő impulzust követi adott késleltetéssel egy mérő impulzus 3. a detektor megméri a teljes lézerindukált fluoreszcenciát 4. a következő gerjesztő impulzus csak másodperc után indul

30 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: független molekulák viselkedése molekulasugár Ahmed Zewail: Nobel előadás, december 8. molekulasugár és lézernyaláb keresztezése vákuumban

31 Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: bimolekulás1 bimolekulás reakció IH CO 2 van der Waals komplex repül a molekulasugárban a gerjesztő impulzus hatására az IH molekula disszociál a H-atom a CO 2 -re lökődik a gerjesztő impulzus elindítja a bimolekulás reakciót

32 Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: bimolekulás reakció bimolekulás2 kialakul a H CO 2 átmeneti állapot a reakció termékei, az OH gyök és a CO molekula eltávolodnak egymástól koherens módon lejátszódik a bimolekulás reakció

33 bimolekulás3 Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: bimolekulás reakció Potenciális energia 1. lépés: a reakció indítása: IH CO 2 I + H CO 2 2. lépés: bimolekulás reakció: H + OCO [H O C O ] HO + CO Eredmény: az OH-gyök lézerindukált fluoreszcenciája kb. 5 ps felfutással alakul ki [H O C O ] HO + CO H + OCO HOCO völgy reakciókoordináta

34 Válaszok / elektron Elektron oldódása poláros oldószerekben (példák saját kutatásaimból) 2 e e e free T T 1 ir sol vízben 25 metanolban 10 Normalizált abszorbancia, M -1 cm -1 Normalizált abszorbancia, M -1 cm Késleltetés, ps Hullámhossz, nm Késleltetés, ps Hullámhossz, nm

35 ED, EC, EM További fejlemények, lehetőségek UED: ultragyors elektrondiffrakció a detektáló lézerimpulzussal megvilágított fotokatód, az innen távozó elektronokkal meghatározható a szerkezet UEC: ultragyors elektronkrisztallográfia mint az UED, de kristály szórja az elektronokat UEM: ultragyors elektronmikroszkópia mint az UED, de nem diffrakció, hanem transzmissziós elektronmikroszkópia UXD: ultragyors röntgendiffrakció mint az UED, de rövid lézerimpulzusokkal előállított röntgenimpulzusokkal határozható meg a szerkezet röntgenimpulzusok: lehetőség s időfelbontásra attofizika??

36 Ez kb másodperc ideig tart Kívánom, hogy a folyóirat még legalább másodperc ideig fennmaradjon közelítve ezzel a címlap kozmikus objektumának életkorához!!

Hasonló dokumentumok

Molekulák k viselkedése

Molekulák k viselkedése reakció közben: cím Molekulák k viselkedése reakció közben: a kísérleti k megfigyelés s korlátai és s azok meghaladása Keszei Ernő ELTE TTK Kémiai K Intézet Fizikai Kémiai K Tanszék