Новий тип хімії, що виконується за дуже низьких температур, забезпечує швидші й точніші реакції.
Давно відома в теорії, але раніше не помічена на практиці, квантова суперхімія – це явище, за якого атоми або молекули в одному квантовому стані хімічно реагують швидше, ніж атоми або молекули, які знаходяться в різних квантових станах. (Квантовий стан — це набір характеристик квантової частинки, наприклад спін (момент імпульсу) або рівень енергії).
Під час експерименту дослідники з Чиказького університету перевели в однаковий квантовий стан не лише атоми, а цілі молекули, й побачили, що хімічні реакції відбувалися колективно, а не окремо. І чим більше атомів було задіяно (тобто чим більша щільність атомів), тим швидше проходили хімічні реакції.
«Те, що ми побачили, збігалося з теоретичними прогнозами. До цього наука йшла 20 років», — сказав у заяві Ченг Чін, професор фізики Чиказького університету, який очолював дослідження.
Лабораторія Чіна спеціалізується на роботі з частинками за дуже низьких температур, коли атоми можуть з’єднуватися так, щоб перебувати в одному квантовому стані, та проявляти свої незвичайні здібності та поведінку.
Те саме зробили з газом цезію, який охолодили майже до абсолютного нуля, перевели в однаковий квантовий стан та змінили навколишнє магнітне поле, щоб розпочати хімічний зв’язок атомів. У підсумку двоатомні молекули цезію утворювались швидше, ніж у звичайному тепловому стані, й теж мали однаковий квантовий стан – принаймні протягом кількох мілісекунд, після чого починали розпадатися.
Команда також виявила, що, попри те, що кінцевим результатом реакції була двоатомна молекула, насправді у «роботі» було задіяно три атоми – причому запасний взаємодіяв з двома сполучними атомами таким чином, щоб полегшити реакцію.
Результати експерименту можуть бути корисним для застосування у квантовій хімії та квантових обчисленнях, а дехто в галузі навіть передбачає використання молекул як кубітів у квантових комп’ютерах або, наприклад, у квантовій обробці інформації.
У поточному дослідженні вчені використовували прості молекули, однак планують спробувати спостерігати квантову суперхімію зі складнішими частинками.
Висновки дослідників були оприлюднені у журналі Nature Physics та адаптовані сайтом Space.com.