Zinātnieki atklāj molekulu slepeno deju kvantu valstībā!

Zinātnieki atklāj molekulu slepeno deju kvantu valstībā!

2025. gada 8. augustā Frankfurtes Gētes universitātes pētnieki ziņos par ievērojamu progresu kvantu mehānisko kustību vizualizācijā. Kā daļa no kopprojekta ar Maksa Planka Kodolfizikas institūtu un Eiropas XFEL Šēnfeldē netālu no Hamburgas, viņi pirmo reizi padarīja kvantu mehānisko nulles punkta kustību redzamu lielākās molekulās. Šī kustība notiek pat absolūtā nulles temperatūrā, kas nozīmē, ka molekulas neapstājas pat tad, ja tās ir viszemākajā enerģētiskajā stāvoklī.

Komanda pārbaudīja sarežģītu 2-jodpiridīna (C5H4IN) molekulu, kas sastāv no vienpadsmit atomiem. Rezultāti tika publicēti slavenajā žurnālā “Science”. Prof. Tils Jahnke skaidro, ka atomi molekulās vibrē savstarpēji saistīti un to kustības nav neatkarīgas. Analīzes laikā tika reģistrēti 27 dažādi jodpiridīna vibrācijas režīmi.

Kulona sprādziena metode

Lai izpētītu šīs kvantu mehāniskās parādības, komanda izmantoja Kulona sprādziena attēlveidošanu (CEI). Šī metode ļauj rentgena lāzera impulsiem noņemt elektronus no atomiem, tādējādi radot pozitīvi lādētu jonu konfigurāciju. Atomu kodoli sprādzienbīstami izlido, kas tiek raksturots kā mikroskopisks Lielais sprādziens. Mērījumi atklāja, ka lādētus atomus var atrast ārpus klasiski paredzētā molekulārā līmeņa, kas pavēra jaunu ieskatu kvantu svārstībās.

Šim nolūkam izmantotais reakcijas mikroskops COLTRIMS, kas tika izstrādāts Frankfurtē, mēra atomu atlūzu trieciena laikus un vietas. Tas ļauj precīzi rekonstruēt molekulāro struktūru. Iegūtie dati sākotnēji tika reģistrēti citā eksperimentā Eiropas XFEL 2019. gadā, un sadarbība ar teorētiskajiem fiziķiem ir ievērojami uzlabojusi šo mērījumu datu interpretāciju.

Perspektīva turpmākiem pētījumiem

Šo pētījumu rezultāti paver jaunas perspektīvas sarežģītu kvantu mehānisko sistēmu, piemēram, elektronu kustības molekulās, izpētei. Nākamā projekta, kas tiek finansēts kā daļa no federālās un valsts izcilības stratēģijas, mērķis ir pētīt lielākas molekulas un izveidot laika izšķirtspējas filmas par to kustībām. Laika izšķirtspēja varētu nokrist zem femtosekundes, kas sola būtisku progresu molekulārajā fizikā un ķīmijā.

Komandas zinātniskie sasniegumi ilustrē, cik svarīga mūsdienu pētniecībā ir starpdisciplināra sadarbība. Šādi sasniegumi ir ļoti svarīgi, lai padziļinātu mūsu izpratni par fundamentālajiem fizikālajiem procesiem molekulās un turpinātu paplašināt kvantu mehāniskās izpētes robežas. Šie atklājumi, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de kā arī nature.com vispusīgi dokumentēti, ir pavērsiens eksperimentālajā fizikā.