Холодная конверсия

Молекула водорода из двух атомов может быть в двух состояниях — орто и пара, что предсказали еще Гейзенберг и Хунд. В первом случае спины обоих протонов направлены одинаково, а во втором — в противоположных направлениях. Специалист по спиновой химии назовет эти состояния синглетным и триплетным и отметит, что есть химические реакции, которые с водородом в одном состоянии идут, а в другом — запрещены. А последствия могут быть вселенского масштаба — синтез органических веществ в космосе начинается именно с реакции молекулы водорода, и космохимикам нужно знать, сколько имеется в наличии синглетного водорода и сколько триплетного. При нормальных условиях 75% водорода пребывают в ортосостоянии, а 25% — в парасостоянии. Однако при низкой температуре (менее 20 К) весь ортоводород переходит в параводород. Превращение дает столько тепла, что если от ортоводорода заранее не избавиться, проведя конверсию на металлическом катализаторе, то при сжижении добрая половина газа, нагревшись, улетит прочь. В космосе же такая конверсия происходит на ледяной частице — именно она забирает возникающее при перевороте тепло.  

Детали конверсии изучали японские исследователи из университета Хоккайдо во главе с профессором Ватанабе Наоки. Они создали установку, которая позволяет измерять соотношение количеств орто- и параводорода при низких температурах. Оказалось, что нагрев всего на семь градусов, с 9 К до 16 К, в десять раз меняет скорость конверсии. Теперь создателям теории эволюции молекул придется существенно пересмотреть свои взгляды и постараться выяснить, какова была точная температура ледяных частиц межзвездного пространства в разные эпохи эволюции Вселенной.

  «Physical Review Letters», 2016, 116, 253201; doi: 10.1103/PhysRevLett.116.253201