Gli scienziati rivelano la danza segreta delle molecole nel regno quantistico!

Gli scienziati rivelano la danza segreta delle molecole nel regno quantistico!

L’8 agosto 2025, i ricercatori dell’Università Goethe di Francoforte riferiranno progressi significativi nella visualizzazione dei movimenti della meccanica quantistica. Nell’ambito di un progetto congiunto con l’Istituto Max Planck di fisica nucleare e l’XFEL europeo a Schenefeld vicino ad Amburgo, hanno reso visibile per la prima volta il movimento del punto zero della meccanica quantistica in molecole più grandi. Questo movimento avviene anche a temperatura zero assoluto, il che significa che le molecole non si fermano nemmeno quando si trovano nel loro stato energetico più basso.

Il team ha esaminato una molecola complessa, la 2-iodopiridina (C5H4IN), composta da undici atomi. I risultati sono stati pubblicati sulla rinomata rivista “Science”. Il Prof. Till Jahnke spiega che gli atomi nelle molecole vibrano in modo accoppiato e i loro movimenti non sono indipendenti. Durante l'analisi sono state registrate 27 diverse modalità di vibrazione della iodopiridina.

Metodo dell'esplosione di Coulomb

Per studiare questi fenomeni della meccanica quantistica, il team ha utilizzato l’imaging di esplosione di Coulomb (CEI). Questo metodo consente agli impulsi laser a raggi X di rimuovere gli elettroni dagli atomi, risultando in una configurazione ionica caricata positivamente. I nuclei atomici si separano in modo esplosivo, fenomeno descritto come un microscopico Big Bang. Le misurazioni hanno rivelato che gli atomi carichi possono essere trovati al di fuori del livello molecolare classicamente previsto, il che ha aperto nuove conoscenze sulle fluttuazioni quantistiche.

Il microscopio di reazione COLTRIMS utilizzato a questo scopo, sviluppato a Francoforte, misura i tempi e i luoghi dell'impatto dei detriti atomici. Ciò consente una ricostruzione esatta della struttura molecolare. I dati raccolti sono stati originariamente registrati in un altro esperimento presso l’XFEL europeo nel 2019 e la collaborazione con i fisici teorici ha migliorato significativamente l’interpretazione di questi dati di misurazione.

Prospettive per la ricerca futura

I risultati di questi studi aprono nuove prospettive per lo studio di sistemi quantistici complessi, come i movimenti degli elettroni nelle molecole. Un progetto futuro, finanziato come parte della strategia di eccellenza federale e statale, mira a studiare molecole più grandi e creare filmati dei loro movimenti risolti nel tempo. La risoluzione temporale potrebbe scendere al di sotto del femtosecondo, il che promette progressi significativi nella fisica e nella chimica molecolare.

I risultati scientifici del team illustrano quanto sia importante la collaborazione interdisciplinare nella ricerca moderna. Progressi come questi sono cruciali per approfondire la nostra comprensione dei processi fisici fondamentali nelle molecole e per ampliare ulteriormente i confini della ricerca sulla meccanica quantistica. Questi risultati, il puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de così come natura.com ampiamente documentati, rappresentano una pietra miliare nella fisica sperimentale.