A tudósok felfedik a molekulák titkos táncát a kvantumbirodalomban!

A tudósok felfedik a molekulák titkos táncát a kvantumbirodalomban!

2025. augusztus 8-án a frankfurti Goethe Egyetem kutatói jelentős előrelépésről számolnak be a kvantummechanikai mozgások megjelenítésében. A Max Planck Nukleáris Fizikai Intézettel és a Hamburg melletti Schenefeldben működő európai XFEL-lel közös projekt keretében először tették láthatóvá a kvantummechanikai nullponti mozgást nagyobb molekulákban. Ez a mozgás még abszolút nulla hőmérsékleten is megtörténik, ami azt jelenti, hogy a molekulák még akkor sem nyugszanak meg, amikor a legalacsonyabb energiájú állapotukban vannak.

A csapat egy összetett molekulát, a 2-jódpiridint (C5H4IN) vizsgált, amely tizenegy atomból áll. Az eredményeket a neves „Science” folyóiratban tették közzé. Till Jahnke professzor elmagyarázza, hogy a molekulákban lévő atomok kapcsolt módon rezegnek, és mozgásuk nem független. Az elemzés során a jódpiridin 27 különböző rezgésmódját rögzítették.

Coulomb robbantásos módszer

Ezeknek a kvantummechanikai jelenségeknek a tanulmányozására a csapat Coulomb-robbanásos képalkotást (CEI) használt. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy a röntgenlézerimpulzusok eltávolítsák az elektronokat az atomokból, ami pozitív töltésű ionkonfigurációt eredményez. Az atommagok robbanásszerűen szétrepülnek, amit mikroszkopikus ősrobbanásként írnak le. A mérések során kiderült, hogy a töltött atomok a klasszikusan elvárt molekulaszinten kívül is megtalálhatók, ami új betekintést engedett a kvantumfluktuációkba.

Az erre a célra használt, Frankfurtban kifejlesztett COLTRIMS reakciómikroszkóp az atomtörmelék becsapódási idejét és helyét méri. Ez lehetővé teszi a molekulaszerkezet pontos rekonstrukcióját. Az összegyűjtött adatokat eredetileg egy másik kísérletben rögzítették az európai XFEL-en 2019-ben, és az elméleti fizikusokkal való együttműködés jelentősen javította ezeknek a mérési adatoknak az értelmezését.

Kilátások a jövőbeli kutatásokra

E vizsgálatok eredményei új távlatokat nyitnak az összetett kvantummechanikai rendszerek, például az elektronok molekulákban való mozgásának vizsgálata előtt. A szövetségi és állami kiválósági stratégia részeként finanszírozott jövőbeli projekt célja nagyobb molekulák tanulmányozása és mozgásuk időbeli felbontású filmjei létrehozása. Az időfelbontás femtoszekundum alá eshet, ami jelentős előrelépést ígér a molekuláris fizikában és kémiában.

A csapat tudományos eredményei jól mutatják, milyen fontos az interdiszciplináris együttműködés a modern kutatásban. Az ehhez hasonló előrelépések kulcsfontosságúak ahhoz, hogy elmélyítsük a molekulákban zajló alapvető fizikai folyamatok megértését, és tovább toljuk a kvantummechanikai kutatás határait. Ezek a megállapítások, a puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de valamint nature.com átfogóan dokumentált, mérföldkövet jelentenek a kísérleti fizikában.