Учените разкриват тайния танц на молекулите в квантовата сфера!

Учените разкриват тайния танц на молекулите в квантовата сфера!

На 8 август 2025 г. изследователи от университета Гьоте във Франкфурт ще докладват значителен напредък във визуализацията на квантово-механичните движения. Като част от съвместен проект с Института за ядрена физика Макс Планк и Европейския XFEL в Шенефелд близо до Хамбург, те направиха квантово механично движение на нулева точка видимо в по-големи молекули за първи път. Това движение се случва дори при абсолютна нулева температура, което означава, че молекулите не спират дори когато са в най-ниското си енергийно състояние.

Екипът изследва сложна молекула, 2-йодпиридин (C5H4IN), която се състои от единадесет атома. Резултатите са публикувани в реномираното списание "Science". Проф. Тил Янке обяснява, че атомите в молекулите вибрират по свързан начин и техните движения не са независими. По време на анализа са записани 27 различни режима на вибрация на йодопиридин.

Метод на Кулонова експлозия

За да изследва тези квантово-механични явления, екипът е използвал Coulomb explosion imaging (CEI). Този метод позволява на рентгенови лазерни импулси да премахват електрони от атоми, което води до положително заредена йонна конфигурация. Атомните ядра се разлитат експлозивно, което се описва като микроскопичен Голям взрив. Измерванията разкриха, че заредените атоми могат да бъдат намерени извън класически очакваното молекулярно ниво, което отвори нови прозрения за квантовите флуктуации.

Реакционният микроскоп COLTRIMS, използван за тази цел, който е разработен във Франкфурт, измерва времената и местата на удар на атомните отломки. Това позволява точна реконструкция на молекулярната структура. Събраните данни първоначално бяха записани в друг експеримент в Европейския XFEL през 2019 г. и сътрудничеството с теоретични физици значително подобри тълкуването на тези данни от измерванията.

Перспективи за бъдещи изследвания

Резултатите от тези изследвания разкриват нови перспективи за изследване на сложни квантово-механични системи, като например движението на електрони в молекулите. Бъдещ проект, финансиран като част от федералната и щатската стратегия за високи постижения, има за цел да изучава по-големи молекули и да създава филми с разделителна способност във времето на техните движения. Времевата разделителна способност може да падне под фемтосекунда, което обещава значителен напредък в молекулярната физика и химия.

Научните постижения на екипа илюстрират колко важно е интердисциплинарното сътрудничество в съвременните изследвания. Напредък като този е от решаващо значение за задълбочаване на разбирането ни за фундаменталните физически процеси в молекулите и за по-нататъшно разширяване на границите на квантово-механичните изследвания. Тези открития, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de както и nature.com изчерпателно документирани, представляват крайъгълен камък в експерименталната физика.