«Квантовую суперхимию» впервые удалось наблюдать в лабораторных экспериментах
Ученые из Чикагского университета обнаружили первое свидетельство явления под названием «квантовая суперхимия». Давно предсказанный, но так, до недавних пор, не подтвержденный, этот эффект может ускорить химические реакции, дать ученым больше контроля над ними и предоставить информацию для квантовых вычислений.
На квантовом уровне частицы ведут себя более чем странно. Атомы могут находиться в нескольких состояниях одновременно, становиться настолько запутанными, что мгновенно обмениваются информацией на любом расстоянии, или туннелировать через барьеры, которые они не должны пересекать. Ученые пытаются использовать эти явления для более мощных вычислений, систем связи и других технологий.
И теперь команда обнаружила первое прямое свидетельство ранее предсказанного квантового эффекта, известного как суперхимия. Все начинается со странного состояния вещества, называемого конденсатом Бозе-Эйнштейна, в котором облако атомов охлаждается почти до абсолютного нуля, заставляя их переходить в одно и то же квантовое состояние и начинать вести себя как один большой атом. Было высказано предположение, что вовлечение атомов в этом состоянии в химические реакции приведет к иным результатам, чем обычно.
В классической химии атомы в смеси будут случайным образом сталкиваться, и при каждом столкновении есть шанс, что они соединятся в молекулу. Но если все атомы находятся в одном и том же квантовом состоянии, теперь они вместо этого выполняют действия вместе.
— Ченг Чин, руководитель научной группы.
Для своих экспериментов исследователи охладили атомы цезия до необходимых экстремальных температур, а затем «уговорили» их перейти в такое же квантовое состояние. И действительно, оказалось, что атомы образуют молекулы, напоминающие суперхимию.
Этот процесс имеет несколько последствий, которые отличают его от обычной старой химии. Во-первых, поскольку все атомы действуют вместе, реакции протекают намного быстрее, и чем больше атомов в системе, тем выше скорость реакции. Команда говорит, что все молекулы, которые производятся в конце, находятся в одном и том же состоянии, что полезно для создания больших партий идентичных молекул и более надежно, чем с помощью традиционной химии.
Ученые также отметили странное явление во время процесса — взаимодействия трех тел происходили чаще, чем двух. По сути, сталкивались три атома, два из которых соединяялись в молекулу, а третий каким-то образом помогал этому процессу.
Результаты исследования могут проложить путь к новым технологиям в квантовой химии, квантовым вычислениям и помочь ученым в изучении законов физики. До сих пор эксперименты в области суперхимии проводилась только с двухатомными молекулами, но команда планирует расширить работу, включив в нее более сложные молекулы.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.
На квантовом уровне частицы ведут себя более чем странно. Атомы могут находиться в нескольких состояниях одновременно, становиться настолько запутанными, что мгновенно обмениваются информацией на любом расстоянии, или туннелировать через барьеры, которые они не должны пересекать. Ученые пытаются использовать эти явления для более мощных вычислений, систем связи и других технологий.
И теперь команда обнаружила первое прямое свидетельство ранее предсказанного квантового эффекта, известного как суперхимия. Все начинается со странного состояния вещества, называемого конденсатом Бозе-Эйнштейна, в котором облако атомов охлаждается почти до абсолютного нуля, заставляя их переходить в одно и то же квантовое состояние и начинать вести себя как один большой атом. Было высказано предположение, что вовлечение атомов в этом состоянии в химические реакции приведет к иным результатам, чем обычно.
В классической химии атомы в смеси будут случайным образом сталкиваться, и при каждом столкновении есть шанс, что они соединятся в молекулу. Но если все атомы находятся в одном и том же квантовом состоянии, теперь они вместо этого выполняют действия вместе.
Вы больше не рассматриваете химическую реакцию как столкновение между независимыми частицами, а как коллективный процесс Все они реагируют вместе, как единое целое. То, что мы увидели, совпало с теоретическими предсказаниями. В течение 20 лет мы шли к этому эксперименту, так что это очень захватывающая эпоха
— Ченг Чин, руководитель научной группы.
Для своих экспериментов исследователи охладили атомы цезия до необходимых экстремальных температур, а затем «уговорили» их перейти в такое же квантовое состояние. И действительно, оказалось, что атомы образуют молекулы, напоминающие суперхимию.
Этот процесс имеет несколько последствий, которые отличают его от обычной старой химии. Во-первых, поскольку все атомы действуют вместе, реакции протекают намного быстрее, и чем больше атомов в системе, тем выше скорость реакции. Команда говорит, что все молекулы, которые производятся в конце, находятся в одном и том же состоянии, что полезно для создания больших партий идентичных молекул и более надежно, чем с помощью традиционной химии.
Ученые также отметили странное явление во время процесса — взаимодействия трех тел происходили чаще, чем двух. По сути, сталкивались три атома, два из которых соединяялись в молекулу, а третий каким-то образом помогал этому процессу.
Результаты исследования могут проложить путь к новым технологиям в квантовой химии, квантовым вычислениям и помочь ученым в изучении законов физики. До сих пор эксперименты в области суперхимии проводилась только с двухатомными молекулами, но команда планирует расширить работу, включив в нее более сложные молекулы.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
В России обнаружена рыба, которая 70 лет считалась полностью вымершей
И не единственная такая сенсация в нашей стране за последние годы...
От кабанов до беспилотников: гражданские радары из Китая сделали неожиданную карьеру в российской армии
Почему украинские эксперты жалуются, что россияне ведут войну не по правилам?...
Россия снова первая: в космосе вырастили идеальные кристаллы!
Рассказываем, почему проект «Экран-М» может стать началом новой эры полупроводников, где Россия будет ведущей в мире...
«Инопланетный зонд», который преследует Землю, был сделан… в СССР?
Почему известный гарвардский астроном выдвинул именно эту версию?...
Тайна изумрудной мумии, не дававшей покоя ученым 38 лет, наконец-то разгадана!
Ученые признаются: они не ожидали, что им придется раскрыть самый настоящий химический детектив...
Какие тайны скрывает 40 000-летний... карандаш, найденный в одной из пещер Крыма?
И почему ученые уверены, что эта находка заставляет в корне пересмотреть древнейшую историю человечества?...
20-летнее исследование увенчалось полным успехом: ученые научились запускать самовосстановление... в сердце
Эксперты говорят: пробуждение спящих генов опровергает все медицинские догмы и дает надежду миллионам людей по всему миру...
Автомобиль Tesla снова в центре громкой истории: В него на полном ходу, похоже, врезался... метеорит
Эксперты говорят: если все подтвердится, это будет первый такой случай истории...
В октябре 2025 года ураган Халонг на Аляске унес тысячи древних артефактов в океан
Ученые называют случившееся крупнейшей археологической катастрофой за последнее время. Будет ли восстановлено наследие целого народа?...
Почему ученые по всему миру восприняли в штыки план Илона Маска «затемнить Солнце»?
В ответ миллиардер назвал экспертов паникерами, которые мешают ему помочь человечеству решить одну из главных проблем современности...
Российский астроном открыл 16-ю комету: Почему именно она поразила ученых?
Успеют ли астрофизики раскрыть все тайны gb00810, ведь у них всего несколько недель...