Учёные доказали существование квантовой суперхимии

Исследователи пронаблюдали за реакциями атомов, охлажденных до сверхнизких температур.

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.