Квантовая суперхимия: когда даже атомы понимают, что вместе веселее

Ученые из Университета Чикаго открыли новую главу в квантовой науке, обнаружив первые доказательства явления под названием «квантовая суперхимия». Открытие обещает ускорить химические реакции, предоставляя ученым беспрецедентный контроль над реакциями и открывая новые горизонты для квантовых вычислений.

На квантовом уровне материя демонстрирует поразительные свойства. Атомы могут одновременно находиться в разных состояниях, мгновенно обмениваться информацией на любом расстоянии или преодолевать барьеры, которые, казалось бы, непреодолимы. Исследователи по всему миру стремятся использовать эти уникальные явления для создания новых технологий.

Ключевым моментом исследования стало изучение конденсата Бозе-Эйнштейна — состояния, при котором облако атомов охлаждается почти до абсолютного нуля, в результате чего они переходят в одинаковое квантовое состояние и начинают вести себя как один большой атом.

«Мы перестали рассматривать химическую реакцию как случайное столкновение частиц. Теперь это коллективный процесс, где все атомы реагируют как единое целое», - отметили исследователи.

Для своих экспериментов исследователи охладили атомы цезия до требуемых экстремальных температур, а затем привели их в такое же квантовое состояние. И действительно, атомы, казалось, формировали молекулы так, как предсказывала теория квантовой суперхимии.

Этот процесс имеет несколько значительных отличий от обычной старой химии. Во-первых, поскольку все атомы действуют вместе, реакции протекают намного быстрее – и становятся тем быстрее, чем больше атомов в системе. По словам команды, все молекулы, которые получаются в итоге, находятся в одном и том же состоянии, что полезно для создания больших партий идентичных молекул.

Команда также увидела свидетельство странного явления во время процесса — взаимодействия трех тел происходили чаще, чем взаимодействия двух тел. По сути, столкнутся три атома, два из которых соединятся в молекулу, а третий каким-то образом поможет этому процессу.

Открытие может помочь проложить путь к новым технологиям в квантовой химии и квантовым вычислениям, а также помочь ученым в изучении законов физики. До сих пор суперхимия проводилась только с двухатомными молекулами, но команда планирует расширить работу, включив в нее более сложные молекулы.