Физики смогли непосредственно пронаблюдать квантово-механические эффекты. Ученые провели химическую реакцию при столь низких температурах, что случайные столкновения молекул не маскировали квантовых причин реакции. Статья ученых опубликована в журнале Science. Ее краткое изложение приведено на портале Physics World.
В основе всех химических реакций лежат квантово-механические эффекты, однако наблюдать их при комнатных температурах невозможно. Для того чтобы увидеть "работу" квантовой механики, ученые исследуют системы, охлажденные практически до температуры абсолютного ноля.
В данной работе физики использовали молекулы калия и рубидия. Они помещали охлажденную смесь молекул в градиент магнитного поля (магнитная ловушка), где они "прижимались" друг к другу. Окончательно связь формировалась под воздействием лазера. В зависимости от особенностей процесса получения молекул KRb (соединение атомов калия и рубидия) все они могли находиться в одном или различных квантовых состояниях.
При столкновении молекул KRb может происходить реакция, в результате которой образуются молекулы Rb2 и K2. Выделяющаяся при реакции энергия "выбрасывала" эти молекулы из магнитной ловушки. Определяя, сколько молекул KRb осталось в ловушке, ученые оценивали интенсивность протекания реакции. Оказалось, что при температуре 500 нанокельвинов (за абсолютный ноль принято значение ноля кельвинов, или минус 273,15 градуса Цельсия) значительно меньше молекул KRb реагируют между собой.
Молекулы KRb могут прореагировать в том случае, если они находятся в различных квантовых состояниях. Если же квантовое состояние молекул одинаково, для протекания реакции необходимо преодолеть энергетический барьер. Это можно сделать при помощи процесса, названного туннелированием. Ученые показали, что при повышении температур вероятность преодоления энергетического барьера молекулами, находящимися в одинаковом квантовом состоянии, увеличивается, и число прореагировавших молекул возрастает.
Новая работа поможет физикам детально изучить влияние квантово-механических эффектов на протекание химических реакций. Кроме того исследование имеет и важное практическое значение. Разработанная исследователями система позволит ученым усовершенствовать методы работы с молекулами при сверхнизких температурах, в частности снизить число нежелательных реакций.
Недавно другой коллектив исследователей показал, что квантово-механические эффекты можно наблюдать невооруженным глазом. На данный момент эта работа носит сугубо теоретический характер.