Oamenii de știință dezvăluie dansul secret al moleculelor din tărâmul cuantic!

Oamenii de știință dezvăluie dansul secret al moleculelor din tărâmul cuantic!

Pe 8 august 2025, cercetătorii de la Universitatea Goethe din Frankfurt vor raporta progrese semnificative în vizualizarea mișcărilor mecanice cuantice. Ca parte a unui proiect comun cu Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară și European XFEL din Schenefeld, lângă Hamburg, au făcut pentru prima dată vizibilă mișcarea mecanică cuantică în punctul zero în molecule mai mari. Această mișcare are loc chiar și la temperatura zero absolută, ceea ce înseamnă că moleculele nu se opresc chiar și atunci când sunt în starea lor energetică cea mai scăzută.

Echipa a examinat o moleculă complexă, 2-iodopiridină (C5H4IN), care constă din unsprezece atomi. Rezultatele au fost publicate în renumitul jurnal „Science”. Prof. Till Jahnke explică că atomii din molecule vibrează într-o manieră cuplată și mișcările lor nu sunt independente. În timpul analizei, au fost înregistrate 27 de moduri diferite de vibrație ale iodopiridinei.

Metoda exploziei Coulomb

Pentru a studia aceste fenomene mecanice cuantice, echipa a folosit imagistica cu explozie Coulomb (CEI). Această metodă permite impulsurilor laser cu raze X să elimine electronii din atomi, rezultând o configurație de ioni încărcați pozitiv. Nucleele atomice zboară în mod exploziv, ceea ce este descris ca un Big Bang microscopic. Măsurătorile au arătat că atomii încărcați pot fi găsiți în afara nivelului molecular așteptat în mod clasic, ceea ce a deschis noi perspective asupra fluctuațiilor cuantice.

Microscopul de reacție COLTRIMS folosit în acest scop, care a fost dezvoltat la Frankfurt, măsoară timpii și locațiile impactului deșeurilor atomice. Acest lucru permite o reconstrucție exactă a structurii moleculare. Datele colectate au fost inițial înregistrate într-un alt experiment la XFEL european în 2019, iar colaborarea cu fizicienii teoreticieni a îmbunătățit semnificativ interpretarea acestor date de măsurare.

Perspective pentru cercetări viitoare

Rezultatele acestor studii deschid noi perspective pentru studiul sistemelor mecanice cuantice complexe, cum ar fi mișcările electronilor în molecule. Un viitor proiect, finanțat ca parte a strategiei de excelență federală și de stat, își propune să studieze molecule mai mari și să creeze filme rezolvate în timp ale mișcărilor lor. Rezoluția în timp ar putea scădea sub o femtosecundă, ceea ce promite progrese semnificative în fizica moleculară și chimie.

Realizările științifice ale echipei ilustrează cât de importantă este colaborarea interdisciplinară în cercetarea modernă. Progrese ca acestea sunt cruciale pentru a ne aprofunda înțelegerea proceselor fizice fundamentale din molecule și pentru a depăși în continuare granițele cercetării mecanicii cuantice. Aceste constatări, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de precum şi nature.com documentate cuprinzător, reprezintă o piatră de hotar în fizica experimentală.