Ученые из Чикагского университета (США) впервые наблюдали проявление «квантовой суперхимии». Ультрахолодные атомы, охлажденные до квантового состояния, химически реагировали как единое целое, а не бессистемно образовывали новые молекулы после столкновения друг с другом.
Наблюдения совпали со сделанными ранее теоретическими предсказаниями. Исследования, посвященные квантовой суперхимии, длились около 20 лет, и нынешний эксперимент стал важным шагом вперед.
Известно, что все частицы, атомы и молекулы излучают тепловую энергию, вибрируя в пределах своей атомной структуры или сталкиваясь бок о бок с другими частицами вещества. При охлаждении до ультранизких температур они приходят в менее хаотичное состояние. Оптическая ловушка также ограничивает их движение.
Ранее ученые доказали, что охлажденные частицы начинают объединяться в конгломераты с общей квантовой идентичностью. Вместо индивидуальных свойств они демонстрируют коллективное поведение.
Ученые пришли к выводу, что если молекулы попадут в одно квантовое состояние и будут связываться друг с другом, внутри квантового ландшафта может возникнуть совершенно новый вид химии. В частности, может значительно возрасти скорость химических реакций.
Чтобы пронаблюдать за суперхимией в лабораторных условиях, исследователи удерживали ультрахолодный газ из атомов цезия в оптической ловушке, связывая их в общем квантовом состоянии. Затем они включили магнитное поле для запуска реакций и проследили за результатами.
Наблюдения показали, что химические реакции образования простых двухатомных молекул действительно происходили иначе – быстрее, чем в облаке обычного газа. В дальнейшем исследователи планируют провести эксперименты с более сложными молекулами, сообщает Nature Physics.
Ранее ученые впервые разделили фонон с помощью квантовой механики. Исследование также провели в Чикагском университете.