Vědci odhalují tajný tanec molekul v kvantové říši!

Vědci odhalují tajný tanec molekul v kvantové říši!

8. srpna 2025 vědci z Goethe University Frankfurt oznámí významný pokrok ve vizualizaci kvantově mechanických pohybů. V rámci společného projektu s Max Planck Institute for Nuclear Physics a European XFEL v Schenefeldu u Hamburku poprvé zviditelnili kvantově mechanický pohyb nulového bodu ve větších molekulách. K tomuto pohybu dochází i při absolutní nulové teplotě, což znamená, že molekuly se nezastaví, i když jsou v nejnižším energetickém stavu.

Tým zkoumal komplexní molekulu 2-jodpyridin (C5H4IN), která se skládá z jedenácti atomů. Výsledky byly publikovány v renomovaném časopise „Science“. Prof. Till Jahnke vysvětluje, že atomy v molekulách vibrují sdruženým způsobem a jejich pohyby nejsou nezávislé. Během analýzy bylo zaznamenáno 27 různých vibračních módů jodpyridinu.

Coulombova metoda exploze

Ke studiu těchto kvantově mechanických jevů tým použil Coulombovo zobrazení výbuchu (CEI). Tato metoda umožňuje, aby rentgenové laserové pulsy odstranily elektrony z atomů, což má za následek kladně nabitou konfiguraci iontů. Atomová jádra se explozivně rozletí, což je popisováno jako mikroskopický Velký třesk. Měření odhalila, že nabité atomy lze nalézt mimo klasicky očekávanou molekulární úroveň, což otevřelo nové pohledy na kvantové fluktuace.

K tomuto účelu použitý reakční mikroskop COLTRIMS, který byl vyvinut ve Frankfurtu, měří časy a místa dopadu atomového odpadu. To umožňuje přesnou rekonstrukci molekulární struktury. Shromážděná data byla původně zaznamenána v jiném experimentu na evropském XFEL v roce 2019 a spolupráce s teoretickými fyziky významně zlepšila interpretaci těchto dat měření.

Výhled pro budoucí výzkum

Výsledky těchto studií otevírají nové perspektivy pro studium složitých kvantově mechanických systémů, jako jsou pohyby elektronů v molekulách. Budoucí projekt, financovaný jako součást federální a státní strategie excelence, si klade za cíl studovat větší molekuly a vytvářet časově rozlišené filmy jejich pohybů. Časové rozlišení by mohlo klesnout pod femtosekundu, což slibuje významný pokrok v molekulární fyzice a chemii.

Vědecké úspěchy týmu ilustrují, jak důležitá je mezioborová spolupráce v moderním výzkumu. Pokroky, jako jsou tyto, jsou zásadní pro prohloubení našeho chápání základních fyzikálních procesů v molekulách a pro další posun hranic kvantově mechanického výzkumu. Tato zjištění, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de stejně jako nature.com komplexně zdokumentované, představují milník v experimentální fyzice.