Mokslininkai atskleidžia slaptą molekulių šokį kvantinėje karalystėje!

Mokslininkai atskleidžia slaptą molekulių šokį kvantinėje karalystėje!

2025 m. rugpjūčio 8 d. Frankfurto Goethe universiteto mokslininkai praneš apie didelę pažangą kvantinių mechaninių judesių vizualizavimo srityje. Vykdydami bendrą projektą su Max Planck Branduolinės fizikos institutu ir Europos XFEL Schenefelde netoli Hamburgo, jie pirmą kartą padarė kvantinį mechaninį nulinio taško judesį matomą didesnėse molekulėse. Šis judėjimas vyksta net esant absoliučiai nulinei temperatūrai, o tai reiškia, kad molekulės nesustoja net tada, kai yra žemiausioje energetinėje būsenoje.

Grupė ištyrė sudėtingą 2-jodopiridino (C5H4IN) molekulę, kurią sudaro vienuolika atomų. Rezultatai buvo paskelbti žinomame žurnale „Science“. Prof. Till Jahnke paaiškina, kad atomai molekulėse vibruoja susietai ir jų judėjimas nėra nepriklausomas. Analizės metu buvo užfiksuoti 27 skirtingi jodopiridino vibracijos režimai.

Kulono sprogimo metodas

Norėdami ištirti šiuos kvantinius mechaninius reiškinius, komanda naudojo Kulono sprogimo vaizdą (CEI). Šis metodas leidžia rentgeno lazerio impulsais pašalinti elektronus iš atomų, todėl susidaro teigiamai įkrauta jonų konfigūracija. Atominiai branduoliai sprogstamai išskrenda, o tai apibūdinama kaip mikroskopinis Didysis sprogimas. Matavimai atskleidė, kad įkrautų atomų galima rasti už klasikinio tikėtino molekulinio lygio ribų, o tai atvėrė naujų įžvalgų apie kvantinius svyravimus.

Šiam tikslui naudojamas COLTRIMS reakcijos mikroskopas, sukurtas Frankfurte, matuoja atominių nuolaužų smūgio laiką ir vietas. Tai leidžia tiksliai atkurti molekulinę struktūrą. Surinkti duomenys iš pradžių buvo užfiksuoti kito eksperimento metu Europos XFEL 2019 m., o bendradarbiavimas su teoriniais fizikais žymiai pagerino šių matavimo duomenų interpretavimą.

Ateities tyrimų perspektyva

Šių tyrimų rezultatai atveria naujas perspektyvas tirti sudėtingas kvantines mechanines sistemas, pavyzdžiui, elektronų judėjimą molekulėse. Būsimas projektas, finansuojamas kaip federalinės ir valstijos kompetencijos strategijos dalis, skirtas tirti didesnes molekules ir sukurti jų judėjimo filmus. Laiko skiriamoji geba gali nukristi žemiau femtosekundės, o tai žada didelę molekulinės fizikos ir chemijos pažangą.

Grupės moksliniai pasiekimai iliustruoja, koks svarbus šiuolaikiniuose tyrimuose yra tarpdisciplininis bendradarbiavimas. Tokios pažangos yra labai svarbios norint pagilinti mūsų supratimą apie pagrindinius fizinius procesus molekulėse ir toliau plėsti kvantinių mechaninių tyrimų ribas. Šios išvados, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de taip pat nature.com išsamiai dokumentuota, yra eksperimentinės fizikos etapas.