Znanstveniki razkrivajo skrivni ples molekul v kvantnem svetu!

Znanstveniki razkrivajo skrivni ples molekul v kvantnem svetu!

8. avgusta 2025 bodo raziskovalci na univerzi Goethe v Frankfurtu poročali o pomembnem napredku pri vizualizaciji kvantno mehanskih gibanj. V okviru skupnega projekta z Inštitutom Maxa Plancka za jedrsko fiziko in evropskim XFEL v Schenefeldu pri Hamburgu so prvič naredili vidno kvantno mehansko gibanje ničelne točke v večjih molekulah. To gibanje se zgodi tudi pri absolutni ničelni temperaturi, kar pomeni, da se molekule ne ustavijo niti takrat, ko so v najnižjem energijskem stanju.

Ekipa je pregledala kompleksno molekulo, 2-jodopiridin (C5H4IN), ki je sestavljena iz enajstih atomov. Rezultati so bili objavljeni v ugledni reviji “Science”. Profesor Till Jahnke pojasnjuje, da atomi v molekulah vibrirajo na povezan način in njihovo gibanje ni neodvisno. Med analizo je bilo zabeleženih 27 različnih načinov nihanja jodopiridina.

Metoda Coulombove eksplozije

Za preučevanje teh kvantno mehanskih pojavov je ekipa uporabila Coulomb eksplozijsko slikanje (CEI). Ta metoda omogoča rentgenskim laserskim impulzom, da odstranijo elektrone iz atomov, kar ima za posledico pozitivno nabito konfiguracijo ionov. Atomska jedra eksplozivno razletijo, kar opisujejo kot mikroskopski veliki pok. Meritve so pokazale, da je nabite atome mogoče najti zunaj klasično pričakovane molekularne ravni, kar je odprlo nove vpoglede v kvantna nihanja.

Reakcijski mikroskop COLTRIMS, ki se uporablja za ta namen in je bil razvit v Frankfurtu, meri čase in lokacije udarca atomskih ostankov. To omogoča natančno rekonstrukcijo molekularne strukture. Zbrani podatki so bili prvotno zabeleženi v drugem poskusu na evropskem XFEL leta 2019 in sodelovanje s teoretičnimi fiziki je znatno izboljšalo interpretacijo teh merilnih podatkov.

Obeti za prihodnje raziskave

Rezultati teh študij odpirajo nove perspektive za preučevanje kompleksnih kvantno mehanskih sistemov, kot je gibanje elektronov v molekulah. Prihodnji projekt, financiran kot del zvezne in državne strategije odličnosti, je namenjen preučevanju večjih molekul in ustvarjanju časovno ločenih filmov njihovega gibanja. Časovna ločljivost bi lahko padla pod femtosekundo, kar obljublja pomemben napredek v molekularni fiziki in kemiji.

Znanstveni dosežki ekipe ponazarjajo, kako pomembno je interdisciplinarno sodelovanje v sodobnih raziskavah. Takšen napredek je ključnega pomena za poglobitev našega razumevanja temeljnih fizikalnih procesov v molekulah in za nadaljnje premikanje meja kvantnomehanskih raziskav. Te ugotovitve, puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de kot tudi narava.com celovito dokumentirani, predstavljajo mejnik v eksperimentalni fiziki.