Forskere avslører den hemmelige dansen til molekyler i kvanteriket!

Forskere avslører den hemmelige dansen til molekyler i kvanteriket!

8. august 2025 vil forskere ved Goethe University Frankfurt rapportere betydelig fremgang i visualiseringen av kvantemekaniske bevegelser. Som en del av et felles prosjekt med Max Planck Institute for Nuclear Physics og European XFEL i Schenefeld nær Hamburg, gjorde de kvantemekanisk nullpunktsbevegelse synlig i større molekyler for første gang. Denne bevegelsen skjer selv ved absolutt null temperatur, noe som betyr at molekyler ikke kommer i ro selv når de er i sin laveste energitilstand.

Teamet undersøkte et komplekst molekyl, 2-jodpyridin (C5H4IN), som består av elleve atomer. Resultatene ble publisert i det anerkjente tidsskriftet "Science". Prof. Till Jahnke forklarer at atomer i molekyler vibrerer på en koblet måte og deres bevegelser er ikke uavhengige. Under analysen ble 27 forskjellige vibrasjonsmoduser av jodpyridin registrert.

Coulomb-eksplosjonsmetode

For å studere disse kvantemekaniske fenomenene brukte teamet Coulomb eksplosjonsavbildning (CEI). Denne metoden lar røntgenlaserpulser fjerne elektroner fra atomer, noe som resulterer i en positivt ladet ionekonfigurasjon. Atomkjernene flyr eksplosivt fra hverandre, noe som beskrives som et mikroskopisk Big Bang. Målingene avdekket at ladede atomer kan finnes utenfor det klassisk forventede molekylære nivået, noe som åpnet for ny innsikt i kvantesvingninger.

COLTRIMS-reaksjonsmikroskopet som ble brukt til dette formålet, og som ble utviklet i Frankfurt, måler tidspunktene og stedene for innvirkningen av atomavfallet. Dette muliggjør en nøyaktig rekonstruksjon av molekylstrukturen. Dataene som ble samlet inn ble opprinnelig registrert i et annet eksperiment ved European XFEL i 2019, og samarbeid med teoretiske fysikere har betydelig forbedret tolkningen av disse måledataene.

Utsikter for fremtidig forskning

Resultatene av disse studiene åpner for nye perspektiver for studiet av komplekse kvantemekaniske systemer, som elektronenes bevegelser i molekyler. Et fremtidig prosjekt, finansiert som en del av den føderale og statlige ekspertisestrategien, tar sikte på å studere større molekyler og lage tidsløste filmer av deres bevegelser. Tidsoppløsningen kan falle under et femtosekund, noe som lover betydelige fremskritt innen molekylær fysikk og kjemi.

Teamets vitenskapelige prestasjoner illustrerer hvor viktig tverrfaglig samarbeid er i moderne forskning. Fremskritt som disse er avgjørende for å utdype vår forståelse av de grunnleggende fysiske prosessene i molekyler og for ytterligere å skyve grensene for kvantemekanisk forskning. Disse funnene puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de samt nature.com omfattende dokumentert, representerer en milepæl i eksperimentell fysikk.