Forskere afslører den hemmelige dans af molekyler i kvanteriget!

Forskere afslører den hemmelige dans af molekyler i kvanteriget!

Den 8. august 2025 vil forskere ved Goethe Universitet Frankfurt rapportere betydelige fremskridt i visualiseringen af ​​kvantemekaniske bevægelser. Som en del af et fælles projekt med Max Planck Instituttet for Kernefysik og det europæiske XFEL i Schenefeld nær Hamborg gjorde de for første gang kvantemekanisk nulpunktsbevægelse synlig i større molekyler. Denne bevægelse sker selv ved absolut nul temperatur, hvilket betyder, at molekyler ikke kommer til at hvile, selv når de er i deres laveste energitilstand.

Holdet undersøgte et komplekst molekyle, 2-iodpyridin (C5H4IN), som består af elleve atomer. Resultaterne blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift "Science". Prof. Till Jahnke forklarer, at atomer i molekyler vibrerer på en koblet måde, og deres bevægelser er ikke uafhængige. Under analysen blev 27 forskellige vibrationstilstande af iodopyridin registreret.

Coulomb eksplosionsmetode

For at studere disse kvantemekaniske fænomener brugte holdet Coulomb eksplosionsbilleddannelse (CEI). Denne metode tillader røntgenlaserimpulser at fjerne elektroner fra atomer, hvilket resulterer i en positivt ladet ionkonfiguration. Atomkernerne flyver eksplosivt fra hinanden, hvilket beskrives som et mikroskopisk Big Bang. Målingerne afslørede, at ladede atomer kan findes uden for det klassiske forventede molekylære niveau, hvilket åbnede for ny indsigt i kvanteudsving.

COLTRIMS-reaktionsmikroskopet, der blev brugt til dette formål, og som blev udviklet i Frankfurt, måler tidspunkter og steder for nedslag fra atomaffaldet. Dette muliggør en nøjagtig rekonstruktion af den molekylære struktur. De indsamlede data blev oprindeligt registreret i et andet eksperiment på den europæiske XFEL i 2019, og samarbejde med teoretiske fysikere har forbedret fortolkningen af ​​disse måledata væsentligt.

Udsigter til fremtidig forskning

Resultaterne af disse undersøgelser åbner nye perspektiver for studiet af komplekse kvantemekaniske systemer, såsom elektronernes bevægelser i molekyler. Et fremtidigt projekt, finansieret som en del af den føderale og statslige ekspertisestrategi, har til formål at studere større molekyler og skabe tidsopløste film af deres bevægelser. Tidsopløsningen kan falde under et femtosekund, hvilket lover betydelige fremskridt inden for molekylær fysik og kemi.

Holdets videnskabelige resultater illustrerer, hvor vigtigt tværfagligt samarbejde er i moderne forskning. Fremskridt som disse er afgørende for at uddybe vores forståelse af de grundlæggende fysiske processer i molekyler og for yderligere at skubbe grænserne for kvantemekanisk forskning. Disse resultater, den puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de samt nature.com omfattende dokumenteret, repræsenterer en milepæl i eksperimentel fysik.