Naukowcy odkrywają sekretny taniec cząsteczek w sferze kwantowej!

Naukowcy odkrywają sekretny taniec cząsteczek w sferze kwantowej!

8 sierpnia 2025 roku naukowcy z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie zgłoszą znaczący postęp w wizualizacji ruchów mechaniki kwantowej. W ramach wspólnego projektu z Instytutem Fizyki Jądrowej Maxa Plancka i European XFEL w Schenefeld pod Hamburgiem po raz pierwszy uwidocznili kwantowo-mechaniczny ruch punktu zerowego w większych cząsteczkach. Ruch ten zachodzi nawet w temperaturze zera absolutnego, co oznacza, że ​​cząsteczki nie zatrzymują się nawet wtedy, gdy znajdują się w najniższym stanie energetycznym.

Zespół zbadał złożoną cząsteczkę, 2-jodopirydynę (C5H4IN), która składa się z jedenastu atomów. Wyniki opublikowano w renomowanym czasopiśmie „Science”. Prof. Till Jahnke wyjaśnia, że ​​atomy w cząsteczkach wibrują w sposób sprzężony, a ich ruchy nie są niezależne. Podczas analizy zarejestrowano 27 różnych trybów drgań jodopirydyny.

Metoda eksplozji kulombowskiej

Aby zbadać te zjawiska mechaniki kwantowej, zespół wykorzystał obrazowanie eksplozji kulombowskiej (CEI). Metoda ta umożliwia impulsom lasera rentgenowskiego usuwanie elektronów z atomów, w wyniku czego powstaje dodatnio naładowana konfiguracja jonów. Jądra atomowe rozpadają się gwałtownie, co opisuje się jako mikroskopijny Wielki Wybuch. Pomiary wykazały, że naładowane atomy można znaleźć poza klasycznie oczekiwanym poziomem molekularnym, co otworzyło nowe spojrzenie na fluktuacje kwantowe.

Wykorzystywany do tego mikroskop reakcyjny COLTRIMS, opracowany we Frankfurcie, mierzy czas i miejsce uderzenia szczątków atomowych. Umożliwia to dokładną rekonstrukcję struktury molekularnej. Zebrane dane zostały pierwotnie zarejestrowane podczas innego eksperymentu w European XFEL w 2019 r., a współpraca z fizykami teoretycznymi znacznie poprawiła interpretację tych danych pomiarowych.

Perspektywy przyszłych badań

Wyniki tych badań otwierają nowe perspektywy w badaniu złożonych układów mechaniki kwantowej, takich jak ruchy elektronów w cząsteczkach. Przyszły projekt, finansowany w ramach federalnej i stanowej strategii doskonałości, ma na celu badanie większych cząsteczek i tworzenie filmów przedstawiających ich ruchy w rozdzielczości czasowej. Rozdzielczość czasowa może spaść poniżej femtosekundy, co stanowi obietnicę znacznego postępu w fizyce molekularnej i chemii.

Dorobek naukowy zespołu pokazuje, jak ważna we współczesnych badaniach jest współpraca interdyscyplinarna. Takie postępy mają kluczowe znaczenie dla pogłębienia naszej wiedzy na temat podstawowych procesów fizycznych zachodzących w cząsteczkach i dalszego przesuwania granic badań nad mechaniką kwantową. Ustalenia te, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de jak również natura.com wszechstronnie udokumentowane, stanowią kamień milowy w fizyce eksperymentalnej.