Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν τον μυστικό χορό των μορίων στο κβαντικό βασίλειο!

Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν τον μυστικό χορό των μορίων στο κβαντικό βασίλειο!

Στις 8 Αυγούστου 2025, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Goethe της Φρανκφούρτης θα αναφέρουν σημαντική πρόοδο στην οπτικοποίηση των κβαντικών μηχανικών κινήσεων. Ως μέρος ενός κοινού έργου με το Max Planck Institute for Nuclear Physics και το European XFEL στο Schenefeld κοντά στο Αμβούργο, έκαναν για πρώτη φορά ορατή την κβαντομηχανική κίνηση μηδενικού σημείου σε μεγαλύτερα μόρια. Αυτή η κίνηση συμβαίνει ακόμη και σε θερμοκρασία απόλυτου μηδέν, πράγμα που σημαίνει ότι τα μόρια δεν ηρεμούν ακόμη και όταν βρίσκονται στη χαμηλότερη ενεργειακή τους κατάσταση.

Η ομάδα εξέτασε ένα πολύπλοκο μόριο, τη 2-ιωδοπυριδίνη (C5H4IN), το οποίο αποτελείται από έντεκα άτομα. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο φημισμένο περιοδικό «Science». Ο καθηγητής Till Jahnke εξηγεί ότι τα άτομα στα μόρια δονούνται με συζευγμένο τρόπο και οι κινήσεις τους δεν είναι ανεξάρτητες. Κατά τη διάρκεια της ανάλυσης, καταγράφηκαν 27 διαφορετικοί τρόποι δόνησης της ιωδοπυριδίνης.

Μέθοδος έκρηξης Coulomb

Για να μελετήσει αυτά τα κβαντομηχανικά φαινόμενα, η ομάδα χρησιμοποίησε απεικόνιση με έκρηξη Coulomb (CEI). Αυτή η μέθοδος επιτρέπει στους παλμούς λέιζερ ακτίνων Χ να αφαιρούν ηλεκτρόνια από τα άτομα, με αποτέλεσμα μια θετικά φορτισμένη διαμόρφωση ιόντων. Οι ατομικοί πυρήνες διασπώνται εκρηκτικά, κάτι που περιγράφεται ως μικροσκοπική Μεγάλη Έκρηξη. Οι μετρήσεις αποκάλυψαν ότι τα φορτισμένα άτομα μπορούν να βρεθούν εκτός του κλασικά αναμενόμενου μοριακού επιπέδου, γεγονός που άνοιξε νέες ιδέες για τις κβαντικές διακυμάνσεις.

Το μικροσκόπιο αντίδρασης COLTRIMS που χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό, το οποίο αναπτύχθηκε στη Φρανκφούρτη, μετρά τους χρόνους και τις θέσεις της πρόσκρουσης των ατομικών συντριμμιών. Αυτό επιτρέπει την ακριβή ανακατασκευή της μοριακής δομής. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν αρχικά καταγράφηκαν σε ένα άλλο πείραμα στο Ευρωπαϊκό XFEL το 2019 και η συνεργασία με θεωρητικούς φυσικούς έχει βελτιώσει σημαντικά την ερμηνεία αυτών των δεδομένων μέτρησης.

Προοπτικές για μελλοντική έρευνα

Τα αποτελέσματα αυτών των μελετών ανοίγουν νέες προοπτικές για τη μελέτη πολύπλοκων κβαντομηχανικών συστημάτων, όπως οι κινήσεις των ηλεκτρονίων στα μόρια. Ένα μελλοντικό έργο, που χρηματοδοτείται ως μέρος της ομοσπονδιακής και πολιτειακής στρατηγικής αριστείας, στοχεύει στη μελέτη μεγαλύτερων μορίων και στη δημιουργία φιλμ με χρονική ανάλυση των κινήσεών τους. Η ανάλυση του χρόνου θα μπορούσε να πέσει κάτω από ένα femtosecond, κάτι που υπόσχεται σημαντικές προόδους στη μοριακή φυσική και τη χημεία.

Τα επιστημονικά επιτεύγματα της ομάδας δείχνουν πόσο σημαντική είναι η διεπιστημονική συνεργασία στη σύγχρονη έρευνα. Τέτοιες εξελίξεις είναι ζωτικής σημασίας για να εμβαθύνουν την κατανόησή μας για τις θεμελιώδεις φυσικές διεργασίες στα μόρια και να ωθήσουν περαιτέρω τα όρια της κβαντομηχανικής έρευνας. Αυτά τα ευρήματα, τα puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de καθώς και φύση.com ολοκληρωμένα τεκμηριωμένα, αντιπροσωπεύουν ένα ορόσημο στην πειραματική φυσική.