Ученые Томского политехнического университета представили новую математическую модель изотопологов метиленхлорида. Эта молекула участвует в процессах глобального потепления и разрушения озонового слоя. Модель ТПУ надежно предсказывает спектры и переходы внутри молекулы в возбужденном состоянии и в широком диапазоне частот. Благодаря этому технология политехников позволяет в 400 раз точнее, по сравнению с известными мировыми данными, предсказывать поведение молекулы.
Молекула метиленхлорида (12CH235Cl2) имеет большое значение в химических технологиях переработки нефти и атмосферных процессах, в том числе в глобальном потеплении. Существующие ранее данные даже о самых нижних состояниях метиленхлорида были недостаточными из-за неточностей в параметрах модели молекулы. Ранее политехники описали важные спектральные характеристики молекулы — вращательную структуру и квадруполь-вращательные эффекты в спектрах метиленхлорида. Однако для составления полного представления о молекуле необходимы данные о ее поведении в возбужденных состояниях, которые до сих пор не были описаны с необходимой точностью.
Ученые Томского политеха представили новую высокоточную математическую модель различных изотопических модификаций метиленхлорида, содержащих ядра 35Cl и 37Cl, в возбужденных колебательных состояниях (неустойчивое состояние, характеризующееся повышенной внутренней энергией — ред.). Исследование проходило в диапазоне 0,75-1,1 гигагерц субмиллиметрового излучения.
«Молекула метиленхлорида, как и любая другая, имеет десятки колебальных состояний сложно взаимодействующих друг с другом. Каждая полоса спектра такой молекулы может содержать от тысяч до десятков тысяч отдельных линий, которые должны быть описаны. При этом каждая молекула также может иметь много различных изотопических модификаций: они, как правило, имеют схожие физические и химические свойства, но могут кардинально различаться по спектроскопическим свойствам. Это, с одной стороны, усложняет полное корректное описание состояний молекулы, но, с другой — дает дополнительные возможности для решения этой проблемы. В наших исследованиях мы рассматриваем разные изотопологи метиленхлорида — по большому счету их можно считать разными молекулами из-за различия их спектроскопических свойств. Их изучение является весьма важным для решения различных задач астрофизики и промышленности», — отметил один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Олег Уленеков.
В исследовании ученые использовали усовершенствованную модель так называемого гамильтониана Уотсона для ассиметричного волчка и современные программные комплексы. На них политехники выполнили анализ экспериментальных данных и определили параметры модели. Это позволило проанализировать более 10 500 линий (более 40 000 переходов) в спектрах молекулы CH235Cl37Cl в возбужденных колебательных состояниях с учетом сверхтонкой структуры, вызванной наличием квадруполь-вращательных взаимодействий.
Результаты исследования показали, что среднеквадратичное различие между используемыми экспериментальными данными и теоретическими расчетами на основе полученных параметров модели составляет от 21 до 26 килогерц (для различных колебательных состояний), что в 200-400 раз точнее, чем в известных в мировой литературе публикациях.
Исследование поддержано федеральной программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer (Q2, IF: 1,9).