Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде — Бёрге Хеммерлинг и Стивен Кейн — наконец измерили электрический дипольный момент молекулы AlCl (хлорида алюминия). До этого его значение только предполагали, а теперь подтвердили экспериментально.

Результаты опубликованы в издании Physical Review A, и они важны для квантовых технологий, астрофизики и планетологии.

Электрический дипольный момент — мера того, насколько неравномерно распределены заряды в молекуле. Представьте стрелку: один конец —» +», другой —» -». Чем длиннее стрелка, тем сильнее молекула реагирует на электрическое поле.

У хлорида алюминия это определяет, как он взаимодействует с другими молекулами и окружающей средой.

Хеммерлинг объясняет:

• В химии дипольные моменты влияют на образование связей и реакции.
• В биологии — на водородные связи в воде.
• В физике и астрономии их можно использовать, чтобы управлять молекулами, например, создавать квантовую запутанность.

AlCl — перспективный кандидат для квантовых компьютеров, где важно точно знать, как молекулы взаимодействуют. Раньше считали, что его дипольный момент около 1,5 Дебай, но оказалось — 1,68. Теперь можно точнее планировать эксперименты и улучшать модели.

Кейн добавляет, что AlCl находят в атмосферах стареющих звезд (AGB). Точные данные помогут лучше анализировать их состав и эволюцию. Алюминий и хлор важны и для планет: изотопы алюминия влияют на формирование ядра, а хлор помогает отслеживать эволюцию планет.

Эксперимент проводили на уникальной установке, которую собирали семь лет. Теперь команда хочет изучить другие молекулы, например, HoF, чтобы проверить границы Стандартной модели.

Хеммерлинг резюмирует:

Мы до сих пор не знаем всего даже о простых молекулах, но современные технологии позволяют это исправить.

Польза исследования

• Квантовые технологии: точное значение дипольного момента AlCl поможет в разработке кубитов для квантовых компьютеров, где важно управлять взаимодействиями молекул.
• Астрофизика: улучшит модели химического состава звезд и планет, особенно для данных с телескопа James Webb.
• Фундаментальная наука: закрывает пробел в данных, на которые опираются теории.

Эксперимент сложный, но AlCl — простая молекула. Было бы интересно проверить метод на более сложных системах, где теоретические предсказания менее точны.

Ранее ученые создали молекулу с рекордным дипольным моментом.