Znanstvenici otkrivaju tajni ples molekula u kvantnom carstvu!

Znanstvenici otkrivaju tajni ples molekula u kvantnom carstvu!

Dana 8. kolovoza 2025., istraživači sa Sveučilišta Goethe u Frankfurtu izvijestit će o značajnom napretku u vizualizaciji kvantno mehaničkih kretanja. U sklopu zajedničkog projekta s Max Planck institutom za nuklearnu fiziku i europskim XFEL-om u Schenefeldu blizu Hamburga, po prvi su put učinili vidljivim kvantno mehaničko kretanje nulte točke u većim molekulama. Ovo se kretanje događa čak i pri temperaturi apsolutnoj nuli, što znači da se molekule ne zaustavljaju čak ni kada su u najnižem energetskom stanju.

Tim je ispitivao složenu molekulu, 2-jodopiridin (C5H4IN), koja se sastoji od jedanaest atoma. Rezultati su objavljeni u renomiranom časopisu “Science”. Prof. Till Jahnke objašnjava da atomi u molekulama vibriraju na spojen način i njihovo kretanje nije neovisno. Tijekom analize zabilježeno je 27 različitih oblika vibracija jodopiridina.

Metoda Coulombove eksplozije

Za proučavanje ovih kvantno mehaničkih fenomena tim je koristio Coulomb explosion imaging (CEI). Ova metoda omogućuje rendgenskim laserskim impulsima uklanjanje elektrona iz atoma, što rezultira pozitivno nabijenom ionskom konfiguracijom. Atomske jezgre eksplozivno se raspadaju, što se opisuje kao mikroskopski Veliki prasak. Mjerenja su otkrila da se nabijeni atomi mogu naći izvan klasično očekivane molekularne razine, što je otvorilo nove uvide u kvantne fluktuacije.

Reakcijski mikroskop COLTRIMS koji se koristi u tu svrhu, a koji je razvijen u Frankfurtu, mjeri vrijeme i mjesto udara atomskih krhotina. To omogućuje točnu rekonstrukciju molekularne strukture. Prikupljeni podaci izvorno su zabilježeni u drugom eksperimentu na europskom XFEL-u 2019., a suradnja s teorijskim fizičarima značajno je poboljšala interpretaciju tih mjernih podataka.

Izgledi za buduća istraživanja

Rezultati ovih studija otvaraju nove perspektive za proučavanje složenih kvantno-mehaničkih sustava, kao što su kretanja elektrona u molekulama. Budući projekt, financiran kao dio savezne i državne strategije izvrsnosti, ima za cilj proučavanje većih molekula i stvaranje vremenski razlučnih filmova njihovog kretanja. Vremenska rezolucija mogla bi pasti ispod femtosekunde, što obećava značajan napredak u molekularnoj fizici i kemiji.

Znanstvena postignuća tima ilustriraju koliko je interdisciplinarna suradnja važna u suvremenom istraživanju. Ovakav napredak ključan je za produbljivanje našeg razumijevanja temeljnih fizičkih procesa u molekulama i za daljnje pomicanje granica kvantno-mehaničkog istraživanja. Ovi nalazi, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de kao i priroda.com sveobuhvatno dokumentirani, predstavljaju prekretnicu u eksperimentalnoj fizici.