„Kvantová superchemie“ poprvé pozorována v laboratorních experimentech

Vědci z Chicagské univerzity objevili první důkazy o jevu zvaném „kvantová superchemie“. Dlouho předpovídaný, ale nikdy nepotvrzený efekt by mohl urychlit chemické reakce, dát vědcům nad nimi větší kontrolu a informovat kvantové výpočty.

Na kvantovém měřítku se objevují nejrůznější druhy strašidelného chování. Atomy mohou existovat ve více stavech najednou, stát se tak propletenými, že sdílejí informace okamžitě na jakoukoli vzdálenost, nebo tunelovat bariérami, které by neměly být schopny překonat. Vědci se snaží využít tyto jevy pro výkonnější výpočetní, komunikační systémy a další technologie.

A nyní tým našel první přímý důkaz dříve předpokládaného kvantového efektu známého jako superchemie. Začíná to zvláštním stavem hmoty nazývaným Bose-Einsteinův kondenzát, ve kterém je mrak atomů ochlazen téměř na absolutní nulu, což způsobí, že se dostanou do stejného kvantového stavu a začnou se chovat jako jeden velký atom. Bylo navrženo, že přivedení atomů v tomto stavu do chemických reakcí by přineslo jiné výsledky než obvykle.

V klasické chemii se atomy ve směsi náhodně srazí a při každé srážce existuje šance, že se spojí a vytvoří molekulu. Ale pokud jsou všechny atomy ve stejném kvantovém stavu, místo toho nyní provádějí akce společně.

„Chemickou reakci již nepovažujete za srážku mezi nezávislými částicemi, ale za kolektivní proces,“ řekl Cheng Chin, vedoucí výzkumník studie. „Všichni reagují společně, jako celek.“

John Zich

Pro své experimenty vědci zchladili atomy cesia na extrémní požadované teploty a poté je převedli do stejného kvantového stavu. A skutečně, zdálo se, že atomy tvoří molekuly způsobem, který se podobá superchemii.

Tento proces má několik důsledků, které jej odlišují od běžné staré chemie. Za prvé, protože všechny atomy jednají společně, reakce probíhají mnohem rychleji – a tím je to ještě rychlejší, čím více atomů je v systému. Molekuly, které jsou nakonec vyrobeny, mají všechny stejný stav, říká tým, což je užitečné pro vytváření velkých dávek identických molekul spolehlivěji než prostřednictvím tradiční chemie.

Tým také během procesu viděl důkazy o podivném jevu – interakce tří těl probíhaly častěji než interakce dvou těl. V podstatě by se srazily tři atomy, přičemž dva by se spojily a vytvořily molekulu a třetí by nějak napomáhal procesu.

Tento průlom by mohl pomoci připravit cestu pro nové technologie v kvantové chemii, kvantových počítačích a pomoci vědcům studovat fyzikální zákony. Doposud byla tato superchemie prováděna pouze s dvouatomovými molekulami, ale tým plánuje rozšířit práci tak, aby zahrnovala složitější molekuly.

„To, co jsme viděli, odpovídalo teoretickým předpovědím,“ řekl Chin. „Toto byl vědecký cíl už 20 let, takže je to velmi vzrušující éra.“

Výzkum byl publikován v časopise Přírodní fyzika.

Zdroj: University of Chicago