Badacze z Uniwersytetu Chicago po blisko dwudziestu latach badań opublikowali właśnie pierwsze dowody na istnienie tak zwanej „superchemii kwantowej”. Od razu w tym momencie powstaje pytanie o to, czym właściwie jest superchemia kwantowa. Autorzy opracowania tłumaczą jednak, że jest to zjawisko, w którym cząstki w tym samym stanie kwantowym razem ulegają tym samym przyspieszonym reakcjom. O tym, że coś takiego może być możliwe, mówiono od dawna, nikt jednak nie był w stanie jak dotąd zaobserwować tego w warunkach laboratoryjnych.
Ta sytuacja jednak właśnie się zmieniła. Możliwe zatem, że badacze z Chicago właśnie otworzyli nowe drzwi do poznawania chemicznego świata.
W artykule opublikowanym w periodyku Nature Physics naukowcy skupiają się na reakcjach „wspomaganych kwantowo”, które przynajmniej teoretycznie mogą znaleźć zastosowanie w komputerach kwantowych, ale także w chemii kwantowej, która z kolei może pomóc nam rozwiązać część z nierozwiązanych jak dotąd zagadek dotyczących praw rządzących wszechświatem.
Choć były to pierwsze eksperymenty tego typu, ich wyniki zgadzały się ze wszystkimi przewidywaniami teoretycznymi.
Czytaj także: Stany splątane z Nagrodą Nobla z fizyki 2022 – wyjaśniamy, za co ją przyznano
Prof. Cheng Chin, fizyk z Instytutu Jamesa Francka oraz Instytutu Enrico Fermiego specjalizuje się w manipulowaniu cząstkami utrzymywanymi w ekstremalnie niskich temperaturach. W okolicach zera absolutnego owe cząstki można połączyć ze sobą tak, że wszystkie znajdują się w tym samym stanie kwantowym. Naukowcy od dawna zwracali uwagę, że to sprawia, iż mogą one wykazywać nietypowe zdolności i zachowania. Mówiąc inaczej, grupa atomów i cząsteczek w tym samym stanie kwantowym w trakcie reakcji chemicznych miałaby się zachowywać inaczej od grupy, w której takiej jedności stanów kwantowych nie ma. Jak dotąd jednak były to założenia czysto teoretyczne, bowiem nikomu nie udało się zorganizować odpowiedniego eksperymentu, w którym można byłoby to założenie sprawdzić.
Zespół badaczy pracujący pod kierownictwem China ma już pewne doświadczenie w ustawianiu stanów kwantowych pojedynczych atomów. Cząsteczki jednak są znacznie bardziej złożone, przez co ustawianie ich stanowiło dużo większe wyzwanie.
W swoim najnowszym eksperymencie badacze najpierw schłodzili do niskich temperatur atomy cezu, następnie wprowadzili je w ten sam stan kwantowy, a na końcu obserwowali, jak łączą się w cząsteczki.
Czytaj także: Procesy kwantowe w ludzkim mózgu? Przeprowadzono niesamowite obserwacje
W normalnej sytuacji atomy zderzają się ze sobą i podczas części tych zderzeń łączą się ze sobą w cząsteczki. W stanie kwantowym jednak cząsteczki powinny wykonywać wszystkie działania zbiorowo, jednocześnie. Nie ma tutaj już pojedynczych zderzeń pojedynczych atomów. Wszystkie atomy wchodzą w reakcję jako całość, jednocześnie. Skutkiem takiej sytuacji jest skrócenie czasu trwania reakcji. Więcej, im większa jest liczba atomów, tym szybciej przebiega reakcja
Cząsteczki powstałe w takich reakcjach także mają ten sam stan molekularny. To akurat ciekawa własność, bowiem te same cząsteczki w różnych stanach molekularnych mogą charakteryzować się odmiennymi właściwościami. W opisany powyżej sposób można stworzyć partię cząsteczek dokładnie takich samej.
Badacze są przekonani, że to niepozorne osiągnięcie może stanowić początek zupełnie nowej ery w chemii kwantowej. Jak na razie w eksperymencie wykorzystano stosunkowo proste, dwuatomowe cząsteczki, ale już teraz trwają pracę nad powtórzeniem go przy użyciu bardziej złożonych cząsteczek.
