Vedci odhaľujú tajný tanec molekúl v kvantovej ríši!

Vedci odhaľujú tajný tanec molekúl v kvantovej ríši!

8. augusta 2025 výskumníci z Goethe University vo Frankfurte oznámia významný pokrok vo vizualizácii kvantových mechanických pohybov. V rámci spoločného projektu s Inštitútom Maxa Plancka pre jadrovú fyziku a európskym XFEL v Schenefelde pri Hamburgu po prvý raz zviditeľnili kvantovomechanický pohyb nulového bodu vo väčších molekulách. K tomuto pohybu dochádza aj pri absolútnej nulovej teplote, čo znamená, že molekuly sa nezastavia ani vtedy, keď sú v najnižšom energetickom stave.

Tím skúmal komplexnú molekulu 2-jódpyridín (C5H4IN), ktorá sa skladá z jedenástich atómov. Výsledky boli publikované v renomovanom časopise „Science“. Prof. Till Jahnke vysvetľuje, že atómy v molekulách vibrujú združeným spôsobom a ich pohyby nie sú nezávislé. Počas analýzy bolo zaznamenaných 27 rôznych vibračných módov jódpyridínu.

Coulombova metóda výbuchu

Na štúdium týchto kvantových mechanických javov tím použil zobrazovanie výbuchu Coulomb (CEI). Táto metóda umožňuje röntgenovým laserovým impulzom odstrániť elektróny z atómov, čo vedie ku konfigurácii kladne nabitých iónov. Atómové jadrá sa explozívne rozletia, čo je opísané ako mikroskopický Veľký tresk. Merania odhalili, že nabité atómy možno nájsť mimo klasicky očakávanej molekulárnej úrovne, čo otvorilo nové pohľady na kvantové fluktuácie.

Reakčný mikroskop COLTRIMS použitý na tento účel, ktorý bol vyvinutý vo Frankfurte, meria časy a miesta dopadu atómového odpadu. To umožňuje presnú rekonštrukciu molekulárnej štruktúry. Zozbierané údaje boli pôvodne zaznamenané v inom experimente na európskom XFEL v roku 2019 a spolupráca s teoretickými fyzikmi výrazne zlepšila interpretáciu týchto nameraných údajov.

Výhľad pre budúci výskum

Výsledky týchto štúdií otvárajú nové perspektívy pre štúdium zložitých kvantových mechanických systémov, ako sú pohyby elektrónov v molekulách. Budúci projekt, financovaný ako súčasť federálnej a štátnej stratégie excelentnosti, má za cieľ študovať väčšie molekuly a vytvárať časovo rozlíšené filmy ich pohybov. Časové rozlíšenie by mohlo klesnúť pod femtosekundu, čo sľubuje významný pokrok v molekulárnej fyzike a chémii.

Vedecké úspechy tímu ilustrujú, aká dôležitá je interdisciplinárna spolupráca v modernom výskume. Pokroky, ako sú tieto, sú rozhodujúce pre prehĺbenie nášho chápania základných fyzikálnych procesov v molekulách a pre ďalšie posúvanie hraníc kvantového mechanického výskumu. Tieto zistenia, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de ako aj nature.com komplexne zdokumentované, predstavujú míľnik v experimentálnej fyzike.