Tim sa Univerziteta u Čikagu objavio je prve dokaze za „kvantnu superhemiju“ – fenomen gde čestice u istom kvantnom stanju prolaze kroz kolektivne ubrzane reakcije. Efekat je bio predviđen, ali nikada nije primećen u laboratoriji.
Nalazi, objavljeni 24. jula u Nature Phisics, otvaraju vrata novom polju. Naučnici su intenzivno zainteresovani za ono što je poznato kao „kvantno poboljšane“ hemijske reakcije, koje bi mogle imati primenu u kvantnoj hemiji, kvantnom računarstvu i drugim tehnologijama, kao i za bolje razumevanje zakona univerzuma.
„Ono što smo videli u skladu je sa teorijskim predviđanjima“, rekao je Čeng Čin, profesor fizike i član Instituta Džejms Frank i Enriko Fermi, čija je laboratorija sprovela istraživanje. „Ovo je naučni cilj već 20 godina, tako da je ovo veoma uzbudljiva era.“
Činova laboratorija je specijalizovana za rad sa česticama koje se drže na veoma, veoma niskim temperaturama. Blizu apsolutne nule, čestice se mogu povezati tako da su sve u istom kvantnom stanju — gde mogu pokazati neobične sposobnosti i ponašanja.
Bilo je teoretizirano da bi se grupa atoma i molekula u istom kvantnom stanju ponašala drugačije tokom hemijskih reakcija, ali poteškoće u orkestriranju eksperimenta značile su da to nikada nije primećeno.
Činova grupa je iskusna sa prevođenjem atoma u kvantna stanja, ali molekuli su veći i mnogo složeniji od atoma – tako da je grupa morala da izmisli nove tehnike da ih prepreči.
U eksperimentima, naučnici su ohladili atome cezijuma i doveli ih u isto kvantno stanje. Zatim su gledali kako atomi reaguju da formiraju molekule.
U običnoj hemiji, pojedinačni atomi bi se sudarili i postoji verovatnoća da svaki sudar formira molekul. Međutim, kvantna mehanika predviđa da atomi u kvantnom stanju obavljaju akcije kolektivno.
„Vi više ne tretirate hemijsku reakciju kao sudar između nezavisnih čestica, već kao kolektivni proces“, objasnio je Čin. „Svi oni reaguju zajedno, kao celina.
Jedna od posledica je da se reakcija dešava brže nego što bi bila u običnim uslovima. U stvari, što je više atoma u sistemu, to se reakcija dešava brže.
Druga posledica je da konačni molekuli dele isto molekularno stanje. Čin je objasnio da isti molekuli u različitim stanjima mogu imati različita fizička i hemijska svojstva — ali postoje trenuci kada želite da napravite seriju molekula u određenom stanju. U tradicionalnoj hemiji bacate kockice. „Ali sa ovom tehnikom, možete usmeriti molekule u identično stanje“, rekao je on.
Šu Nagata, diplomirani student i koautor rada, dodao je da su videli dokaze da se reakcija odvijala kao interakcija tri tela češće nego kao interakcija dva tela. To jest, tri atoma bi se sudarila; dva bi formirala molekul, a treći je ostao pojedinačni. Ali treći je odigrao određenu ulogu u reakciji.
Naučnici se nadaju da je ovo otkriće početak nove ere. Iako je ovaj eksperiment izveden sa jednostavnim molekulima sa dva atoma, oni planiraju da rade svoj put do rukovanja većim i složenijim molekulima.
„Koliko daleko možemo da potisnemo naše razumevanje i naše znanje o kvantnom inženjeringu, u komplikovanije molekule, glavni je istraživački pravac u ovoj naučnoj zajednici“, rekao je Čin.
Neki u ovoj oblasti su zamislili korišćenje molekula kao kubita u kvantnim računarima, ili u kvantnoj obradi informacija, na primer. Drugi naučnici ih istražuju kao kapije za još preciznija merenja fundamentalnih zakona i interakcija, kao što je testiranje osnovnih zakona univerzuma, poput kršenja simetrije.
Zhendong Zhang (doktorat sada na Univerzitetu Stanford) i Kai-Ksuan Iao (doktorat sada na Citadeli) su takođe bili koautori rada.
