Вчені спостерігали "квантову суперхімію" вперше в історії
Вчені вперше спостерігали новий тип хімії в лабораторії, йдеться у дослідженні, опублікованому в Nature Physics. Квантова суперхімія, що виконується за дуже низьких температур на дуже малих частинках, забезпечує швидкі й точні реакції.
Давно теоретизоване, але ніколи раніше не бачене явище — квантова суперхімія — це явище, в якому атоми або молекули в одному квантовому стані хімічно реагують швидше, ніж атоми або молекули, які перебувають у різних квантових станах. Квантовий стан — це набір характеристик квантової частинки, наприклад, спін (момент імпульсу) або рівень енергії.
Щоб спостерігати цей новий вид хімії, вченим довелося перевести не лише атоми, а цілі молекули в той самий квантовий стан. Однак коли вони це зробили, то побачили, що хімічні реакції відбуваються колективно, а не окремо. І що більше атомів було залучено, тобто що більша щільність атомів, то швидше відбувалися хімічні реакції.
"Те, що ми побачили, збігалося з теоретичними прогнозами, — сказав у заяві Ченг Чін, професор фізики Чиказького університету, який керував дослідженнями. За його словами, це було науковою метою протягом 20 років.
Вчені спостерігали квантову суперхімію в атомах цезію, які об’єднувалися в молекули. Вони охолодили цезій майже до абсолютного нуля, точки, в якій припиняється будь-який рух. У такому охолодженому стані вчені змогли легко перевести кожен атом цезію в той самий квантовий стан. Потім вони змінили навколишнє магнітне поле, щоб стартував хімічний зв’язок атомів.
Ці атоми реагували разом швидше, утворюючи двоатомні молекули цезію, ніж коли дослідники проводили експеримент у звичайному, не переохолодженому газі. Отримані молекули також мали однаковий квантовий стан, принаймні протягом кількох мілісекунд, після чого атоми та молекули починали розпадатися.
Відкриття може бути корисним для застосування у квантовій хімії та квантових обчисленнях, оскільки молекули в одному квантовому стані мають спільні фізичні та хімічні властивості. У дослідженні використовувалися лише прості молекули, тому наступною метою є спроба створити квантову суперхімію з більш складними молекулами, каже Чін.