Istraživački tim Freie Universitat Berlin na čelu sa kvantnom fizičarkom profesorkom Kristijanom Koh pokazao je kako se molekuli vodonika ponašaju kada se sudare sa atomima plemenitog gasa kao što su helijum ili neon. U članku objavljenom u časopisu Science, istraživači opisuju kako su koristili simulacije da povuku veze između podataka iz eksperimenata i teorijskih modela kvantne fizike.
Studija uključuje teorijske proračune, kao i podatke prikupljene u eksperimentima sa atomima i molekulima sprovedenim na Univerzitetu TU Dortmund i Vajcman institutu za nauku u Izraelu. Tim je uspeo da pokaže da sudari menjaju način na koji molekuli vibriraju i rotiraju prema zakonima kvantne mehanike. Istraživanja u oblasti kvantne mehanike i dalje dobijaju na značaju u današnjem svetu. Ovakva otkrića mogu se primeniti u razvoju mobilnih telefona, televizora, satelita i u medicinskoj dijagnostičkoj tehnologiji.
Kvantni efekat koji se ovde posmatra je poznat kao Feshbachova rezonanca. „Na kratak trenutak nakon sudara, molekul vodonika i atom plemenitog gasa formiraju hemijsku vezu, a zatim se ponovo razdvajaju“, objašnjava profesor Koh sa Freie Universitat Berlin.
Međutim, uprkos izuzetno detaljnim merenjima i proračunima za relativno mali i jednostavan sistem, istraživači su još uvek daleko od mogućnosti da rekonstruišu pune kvantno-mehaničke karakteristike sudara vodonika i plemenitog gasa. „To je zbog jednog od fundamentalnih fenomena kvantne mehanike: kada je reč o merenjima, ne možete da zaobiđete osnovne principe klasične fizike. To stvara dilemu: određene fenomene kvantne mehanike smo u mogućnosti da opišemo matematički u apstraktne termine, ali i dalje treba da koristite koncepte iz klasične fizike da biste ih u potpunosti razumeli“, objašnjava Koh.
Kvantni efekti — što znači tipovi ponašanja koji se ne mogu objasniti pravilima klasične fizike — pojavljuju se kada se atomi i molekuli više ne mogu dovoljno opisati mestom koje zauzimaju i brzinom kojom se kreću. „Oni pokazuju karakteristike koje povezujemo sa disperzijom talasa, kao što je interferencija, što znači konstruktivno ili destruktivno slojevitost talasa“, kaže Koch. Povrh toga, postoje i drugi fenomeni kao što je zapetljanost, koja se dešava kada kvantnomehanički objekti vrše neposredan uticaj jedni na druge uprkos tome što su prostorno udaljeni.
Kvantni efekti se obično pojavljuju u oblasti veoma malih objekata kao što su atomi i molekuli, i kada su ovi objekti pod malim uticajem svog okruženja. Ovo poslednje se postiže za veoma kratke intervale vremena ili pod ekstremno niskim temperaturama blizu apsolutne nule (-273,15°C). „Pod ovim okolnostima, ovim česticama je dostupna samo mala količina takozvanih kvantnih stanja. Sistem se u osnovi ponaša na uredan način“, kaže Koh.
Više temperature omogućavaju veći broj kvantnih stanja u česticama, a kvantnomehanički efekti imaju tendenciju da se izjednače kada se distribuiraju kao statistički prosek u različitim stanjima, i tako u suštini nestanu iz vidokruga. U ovom stanju, sistem se ponaša više nasumično i može se opisati pomoću statistike. Do sada su čak i najhladniji sudari atoma i molekula pokazali ovo statistički predvidljivo ponašanje. „To je učinilo gotovo nemogućim donošenje bilo kakvih zaključaka o interakciji između atoma i molekula, što znači da nismo mogli da uspostavimo direktnu vezu između eksperimentalnih podataka iz stvarnog života i teorijskih modela“, objašnjava Koh.
