
«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

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

Учёные говорят, что обнаружили огромный тайный город под египетскими пирамидами
Проверять пока не разрешили....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...

Гигантский айсберг скрывал древнюю живую экосистему
Губки и кораллы благоденствуют на обнажившемся морском дне в месте, ранее недоступном взгляду....