Teadlased paljastavad molekulide salatantsu kvantvaldkonnas!

Teadlased paljastavad molekulide salatantsu kvantvaldkonnas!

8. augustil 2025 teatavad Frankfurdi Goethe ülikooli teadlased märkimisväärsetest edusammudest kvantmehaaniliste liikumiste visualiseerimisel. Max Plancki tuumafüüsika instituudi ja Hamburgi lähedal Schenefeldis asuva Euroopa XFEL-i ühisprojekti raames muutsid nad esimest korda suuremates molekulides nähtavaks kvantmehaanilise nullpunkti liikumise. See liikumine toimub isegi absoluutse nulltemperatuuri juures, mis tähendab, et molekulid ei peatu isegi siis, kui nad on oma madalaimas energeetilises olekus.

Töörühm uuris keerukat molekuli, 2-jodopüridiini (C5H4IN), mis koosneb üheteistkümnest aatomist. Tulemused avaldati mainekas ajakirjas "Science". Prof Till Jahnke selgitab, et aatomid molekulides vibreerivad sidestatud viisil ja nende liikumine ei ole sõltumatu. Analüüsi käigus registreeriti 27 erinevat jodopüridiini vibratsioonirežiimi.

Coulombi plahvatuse meetod

Nende kvantmehaaniliste nähtuste uurimiseks kasutas meeskond Coulombi plahvatuse kujutist (CEI). See meetod võimaldab röntgen-laserimpulssidel eemaldada aatomitelt elektrone, mille tulemuseks on positiivselt laetud ioonide konfiguratsioon. Aatomituumad lendavad plahvatuslikult lahku, mida kirjeldatakse kui mikroskoopilist Suurt Pauku. Mõõtmised näitasid, et laetud aatomeid võib leida väljaspool klassikaliselt eeldatavat molekulaarset taset, mis avas uusi teadmisi kvantkõikumiste kohta.

Selleks otstarbeks kasutatav reaktsioonimikroskoop COLTRIMS, mis töötati välja Frankfurdis, mõõdab aatomiprahi kokkupõrke aegu ja asukohti. See võimaldab molekulaarstruktuuri täpset rekonstrueerimist. Kogutud andmed salvestati algselt teises eksperimendis Euroopa XFEL-il 2019. aastal ja koostöö teoreetiliste füüsikutega on nende mõõtmisandmete tõlgendamist oluliselt parandanud.

Väljavaade tulevasteks uuringuteks

Nende uuringute tulemused avavad uusi perspektiive keeruliste kvantmehaaniliste süsteemide, näiteks elektronide liikumise molekulides, uurimiseks. Tulevase projekti, mida rahastatakse osana föderaalse ja osariigi tipptaseme strateegiast, eesmärk on uurida suuremaid molekule ja luua nende liikumisest ajaliselt lahendatud filme. Aja eraldusvõime võib langeda alla femtosekundi, mis lubab olulisi edusamme molekulaarfüüsikas ja keemias.

Meeskonna teadussaavutused näitavad, kui oluline on interdistsiplinaarne koostöö kaasaegses teadustöös. Sellised edusammud on üliolulised, et süvendada meie arusaamist molekulide põhilistest füüsikalistest protsessidest ja nihutada veelgi kvantmehaaniliste uuringute piire. Need leiud, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de samuti nature.com kõikehõlmavalt dokumenteeritud, on eksperimentaalfüüsika verstapost.