1 / 66

S. Pershin, Wave Research Center, Prokhorov General Physics Institute,

КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ ТЕМПЕРАТУР ОСОБЫХ ТОЧЕК ВОДЫ (-23, -6, 4, 20, 37…. 0 С ) И ЛЬДА (-140, -80, -40 …… 0 С ): ОРТО-ПАРА СОСТОЯНИЯ СПИН-ИЗОМЕРОВ Н 2 О КАК БИТ ИНФОРМАЦИИ (1-0). S. Pershin, Wave Research Center, Prokhorov General Physics Institute,

trevor-camacho
Download Presentation

S. Pershin, Wave Research Center, Prokhorov General Physics Institute,

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ ТЕМПЕРАТУР ОСОБЫХ ТОЧЕК ВОДЫ (-23, -6, 4, 20, 37….0С) И ЛЬДА (-140, -80, -40 ……0С):ОРТО-ПАРА СОСТОЯНИЯ СПИН-ИЗОМЕРОВ Н2О КАК БИТ ИНФОРМАЦИИ (1-0) S. Pershin, Wave Research Center, Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences, 38 Vavilov Street, Moscow 119991, Russia pershin@orc.ru

  2. СОДЕРЖАНИЕ • ФИЗИКА ЯВЛЕНИЯ: РЕЗОНАНС ЭНЕРГИИ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ КВАНТОВ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИВ ОКРЕСТНОСТИ ОСОБЫХ ТОЧЕК • ВОДА КАК НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ: • ПРОСТЕЙШАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПЕРЕСТРОЙКИ СТРУКТУРЫ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ- ТЕМПЕРАТУРНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ПОЛОСЫ ОН-колебаний: ЛАЗЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ • ПЕРСПЕКТИВА

  3. Базис На основе полученных нами новых экспериментальных данных обосновано, что значения особых точек воды и льда на шкале температур не являются случайными, а имеют квантовую природу. Установлено совпадение энергии вращательных квантов (hΩ) орто-пара спин-изомеров молекул Н2О с их транcляционной энергией (kT) в окрестности температур экстремумов термодинамических параметров воды и льда. Методом нелинейной четырехфотонной спектроскопии молекулярных движений в объемной воде в тера- и субтерагерцовом (СВЧ) диапазонах обнаружены узкие линии, которые соотнесены с вращательными резонансами орто-пара изомеров молекул Н2О. Рассмотрена аналогия с периодическим законом Менделеева Д.И.: есть дублет орто-пара резонансов – должна быть особая точка; есть особая точка - должен быть дублет орто-пара линий Н2О.

  4. Вода как носитель информации Известно, что изменение структуры водородо-связынных комплексов в воде проявляется в изменении оптических спектров. Простейший пример – измерение температуры воды лазером без контакта с ней по деформации ОН-полосы. Перспектива – управление орто-пара конверсией спин-изомеров Н2О. Наблюдаемые спектры орто-пара молекул Н2О в воде и квантово-механический запрет на спонтанную конверсию спин-изомеров, который снимается в неоднородном (градиентном) магнитном поле, дают основание рассматривать переключение орто- (полный магнитный момент J=1) и пара- (J=0) состояний как бит информации 0-1. Принимая во внимание, что в области особых точек значение термодинамического параметра воды достигает экстремума, можно утверждать, что переход системы через экстремум сопровождается специфической перестройкой структурной сетки водородных связей. Например, скорость звука максимальна при температуре 76 0С, а не при температуре максимальной плотности воды (4 0С). Поскольку энергия kT в области особых температур совпадает с энергией вращательных квантов (hΩ) близко расположенных резонансов орто-пара спин-изомеров молекул Н2О, то следует ожидать, что изменение структуры сетки водородных связей при переходе через экстремум обусловлено конверсией орто-пара состояний молекул Н2О.

  5. Першин С.М. Препринт ИКИ РАН№ 1976, 1997. • Бункин А.Ф., Першин С.М. Патент России, № 98 103249, 1998. • Pershin S.M. and Bunkin A.F. Opt. Spectrosc.85(2), 190 (1998). • Bunkin A.F., Nurmatov A.A., Pershin S.M., and Vigasin A.A. J. Ram. Spectrosc. 2005, 36, 145-147 • S. Pershin, Two Liquid Water, Physics of Wave Phenomena, 2005, v.13(4), p.192-208. • А.Ф.Бункин, А.А.Нурматов, С.М.Першин «Когерентная четырехфотонная спектроскопия низкочастотных либраций молекул в жидкости» УФН, 176, 883-889 (2006). • S.M.Pershin, Harmonic oscillations of the concentration of H-bond in liquid water, Laser Physics, 2006, v.16(7), p.1-7. • S.M.Pershin, Coincidence of Rotational Energy of H2O Ortho-Para Molecules and Translation Energy near Specific Temperatures in Water and Ice, Phys. of Wave Phenomena, 2008, 16(1), 15-25

  6. Точки кипения/расплава гомологов воды кипение ~ (-80 0C)

  7. Shape and Charge Distribution of H2O Molecule. Para- Ortho- isomer isomer Ortho:Para isomer ratio 3:1 in water vapor

  8. Димер молекул воды

  9. Спектроскопия четырехфотонного рассеяния ~ 0 cm-1

  10. Experimental Setup Nd:YAG M 1064nm SHG Nd:YAG 532 nm M SHG M M Nd:YAG Nd:YAG THG 532 nm ~532 nm 355 nm M M Dye Laser L GP GP l/ 4 Sample cell M M PM M GP E laser, t laser Is signal

  11. Селективное обогащениеводы орто-изомерами в растворе белков A.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006); пара-орто конверсия формальдегида?

  12. Значения особых температурных точек льда и воды случайны ??? -1370 kT -1330 -740 -450 -230 -60 -1230 лед 500 600 760 40 190 360 вода

  13. Совпадение энергии kTи энергии hΩвращения орто/пара изомеровв области критических температур

  14. S.M.Pershin, Phys. of Wave Phenomena, 2008, 16(1), 15-25 Область +4 – +40 0С

  15. Орто/пара переходы и Т/0С особых точек Н2О

  16. Орто/пара переходы и Т/0С особых точек Н2О

  17. Y.R. Shen, 2001

  18. Другие примеры Аналогия с периодическим законом Менделеева Д.И. : есть дублет орто-пара резонансов – должна быть особая точка; есть особая точка - должен быть дублет орто-пара линий Н2О. • вода в почве, глине • тяжелая вода • лед

  19. Н.Маэно «Наука о льде», М.«Мир», 1988г. Maeno N, Nishimura H. J. Glaciology, 21(85), 193 (1978)

  20. Орто-Н2О в квази-жидком слоельда ( 1Н ЯМР льда с тефлоновыми шариками) МГУ, В.И. Квливидзе и др. (Surf.Sci. 44, 60 (1974))

  21. Эволюция СР льда; Хайда и др. 1972г. хранение 624 часа при -184 0С хранение 71 часа при -179 0С -10 0C/min 0K Быстрое охлаждение

  22. Эволюция Ср льда

  23. «Свободное» вращение Н2О в воде орто-пара изомеры Н2О в воде !!!! A.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006); Селективность: обогащение орто-изомера; подавление пара-изомера в растворе белка

  24. Измерение протонной плотности К-воды15 февраля 2008г. на МРТ «Bruker» МГУ

  25. Обогащение К-воды Орто-Н2О 15.02.08 К-вода от 16.11.07 не облученная Д-вода

  26. Тяжелая вода D2O • The two specific temperatures have been used:

  27. Выводы (1) • Значения температур особых точек Tsводы и льда не случайны, а детерминированы резонансным совпадением величины энергии вращательных квантов дублетов орто-пара переходов hΩmn с тепловой энергиейkTs • hΩmn≈ kTs • Рассмотрена аналогия с периодическим законом Менделеева Д.И.

  28. ВОДА КАК НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ: ПРОСТЕЙШАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПЕРЕСТРОЙКИ СТРУКТУРЫ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ-ТЕМПЕРАТУРНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ПОЛОСЫ ОН-колебаний: ЛАЗЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПЕРСПЕКТИВА

  29. Модель двухкомпонентной воды • H.S. Frank and M.W. Evans, • J. Chem. Phys. 13, 507 (1945) В 1945 Франк и Эванс предложили модель жидкой воды с присутствием структур типа «айсбергов льда» (“icebergmodel”) Как это проявляется в спектре КР?

  30. Канонический вид ОН полосы воды

  31. Базовые предпосылки 2-жидкостной модели • Смещение центра ОН полосыКР: • A.F. Bunkin, and S.M. Pershin, Phys. of Vibrations61, 158-164 (1997); • S.M. Pershin, and A.F. Bunkin, Opt. Spectrosc. 85, 209-412 (1998); • Структура ОН полосы : • A.F. Bunkin, N.I. Koroteev et al. CARS of liquid water • Г.В. Юхневич, В.В.Волков,ДАН, т.353, 465, (1997) • Вращение молекул Н2О в воде: орто/пара A.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006);

  32. Структура ОН полосы 3400 см-1КР в воде: Модуляция огибающей ОН полосы S.M. Pershin, Opt. Spectrosc. 95, 628(2003); 96, 885(2004); 98, 543-554 (2005). Колебания центра ОН полосы S.M. Pershin, Harmonic Oscillations of the Concentration of H-bonds in Liquid Water, Laser Physics16, 1184-1190 (2006). Расщепление ОН полосы S.M. Pershin, Two liquids water, J. of Wave Phenomena, 192-198, (2006)

  33. Experimental setup ~ 4m

  34. Hare D.E. and Sorensen C.M. • J. Chem. Phys. 1992, 96(1), 13. Pershin&Bunkin, Opt.&Spectr. 1998: ice T = 0C (a), water ~0.5C (b), and ~1.5C (c). Band width ~ 360cm–1, consists of two partially overlapped lines is observed in the range from 2800 to 4200cm–1. Band shifts to the high-frequency range vs temperature.

  35. С.Першин Докт. Дисс. (1998), МГУ А.Бункин, С.Першин, Phys. of Vibrations, (1997)

  36. А.Бункин, С.Першин, Phys. of Vibrations, (1997) • Бункин А.Ф., • Першин С.М. • Патент России, • № 98 103249, • 1998.

  37. Таким образом,измеряя положение центра ОН полосы лазером, мы считываем информациюо температуре воды без контакта с ней.Перспектива – считывание структурных форм воды и орто-пара отношения

  38. «Свободное» вращение Н2О в воде орто-пара изомеры Н2О в воде !!!! A.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006); Селективность: обогащение орто-изомера; подавление пара-изомера в растворе белка

  39. в газе П.Л.Чаповский и др. ЖЭТФ, т.129, 86 (2006) Используется в измерении температуры хвоста комет

  40. ОН полоса жидкой воды в слабом оптическом поле С. Першин, Phys. of Wave Phenomena, (2006)

  41. Расщепление ОН полосы Cпектры КР одного импульса: интервал 10 секунд

  42. Два ансамбля молекул - две жидкости???10 с между цугами:(а)- 7; (b)- 9 и (c)-10 импульсов Доза облучения увеличивается ОН свободных молекул Состояния перемешиваются

  43. Выборка (7спектров и 8) из 100 спектров КР одиночных импульсов в воде.Спектр КР льда (усреднение 32 импульса) ordered? Disordered?

  44. Колебания центра ОН полосы «перегрев» «переохлаждение»

More Related