Chicago Üniversitesi bilim adamlarından çığır açan bir keşif

Bir atılım, temel içgörülere ve yeni teknolojiye giden yolu işaret edebilir.

takımı Chicago Üniversitesi Aynı kuantum halindeki parçacıkların birlikte hızlandırılmış etkileşimlere girdiği bir fenomen olan “kuantum süper kimyasının” ilk kanıtını açıkladı. Daha önce beklendiği halde, bu etki daha önce laboratuvarda hiç gözlemlenmemişti.

Sonuçlar yayınlandı doğa fiziği 24 Temmuz’da yeni bir sahanın kapısını aralayın. Bilim adamları, kuantum kimyasında uygulamaları olabilecek “kuantumla güçlendirilmiş” kimyasal reaksiyonlar olarak bilinenlerle yakından ilgileniyorlar. Nicel istatistiklerve diğer teknolojilerin yanı sıra evrenin yasalarının daha iyi anlaşılması.

Laboratuvarı araştırmayı yürüten James Franck Enstitüsü ve Enrico Fermi Enstitüsü üyesi fizik profesörü Cheng Chen, “Gördüklerimiz teorik beklentilerle uyumlu” dedi. “Bu, 20 yıldır bir bilim hedefi oldu, bu yüzden çok heyecan verici bir dönem.”

Bilim adamları, aynı kuantum durumundaki parçacıkların hızlandırılmış grup etkileşimlerine maruz kaldığı bir fenomen olan “kuantum süper kimyasının” ilk kanıtını duyurdu. Yukarıda, laboratuvarda ortak yazarlar Zhendong Zhang (solda) ve Profesör Cheng Chin’i inceleyin. 1 kredi

Poz iyileştirme: süreç

Chen’in laboratuvarı, son derece düşük sıcaklıklarda var olan moleküllerle çalışma konusunda uzmanlaşmıştır. yakın tamamen sıfırParçacıklar, alışılmadık yetenekler ve davranışlar sergileyebilecekleri aynı kuantum durumunda olacak şekilde korelasyon kurabilir.

Aynı kuantum halindeki bir grup atom ve molekülün kimyasal reaksiyonlar sırasında farklı davranacağı varsayıldı, ancak deneyi organize etmenin zorluğu, bunun asla gözlemlenmediği anlamına geliyordu.

Chen’in grubu, atomları kuantum hallerine yönlendirme konusunda deneyimlidir, ancak parçacıklar atomlardan daha büyük ve daha karmaşıktır, bu nedenle grubun bunlara karşı koymak için yeni teknolojiler geliştirmesi gerekiyordu.

“Kuantum geometri anlayışımızı ve bilgimizi daha karmaşık parçacıklara ne kadar ileri götürebileceğimiz, bu bilimsel toplulukta önemli bir araştırma yönüdür.”

– Cheng Chen, Fizik Profesörü

Deneylerde, bilim adamları sezyum atomlarını soğuttular ve onları aynı kuantum haline getirdiler. Daha sonra, atomların moleküller oluşturmak için etkileşime girmesini izlediler.

Sıradan kimyada, tek tek atomlar çarpışır ve her çarpışma için bir molekül oluşturma potansiyeli vardır. Bununla birlikte, kuantum mekaniği, kuantum durumundaki atomların bunun yerine toplu eylemler gerçekleştirdiğini öngörür.

Çıkarımlar ve sonuçlar

Chen, “Artık bir kimyasal reaksiyonu bağımsız parçacıkların çarpışması olarak değil, kolektif bir süreç olarak ele alıyorsunuz” dedi. “Hepsi bir bütün olarak birlikte etkileşime giriyor.”

Sonuçlardan biri, reaksiyonun normal koşullar altında olacağından daha hızlı gerçekleşmesidir. Aslında, bir sistemde ne kadar çok atom varsa, reaksiyon o kadar hızlı olur.

Diğer bir sonuç, son moleküllerin aynı moleküler durumu paylaşmalarıdır. Chen, farklı durumlardaki aynı moleküllerin farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olabileceğini açıkladı – ancak belirli bir durumda bir grup molekül oluşturmak istediğiniz zamanlar vardır. Geleneksel simyada zarları atıyorsunuz. “Fakat bu teknikle molekülleri aynı duruma yönlendirebilirsiniz” dedi.

Bir yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ortak yazarı olan Shu Nagata, reaksiyonun iki cisim etkileşiminden daha sık olarak üç cisim etkileşimi olarak meydana geldiğine dair kanıt gördüklerini ekledi. Yani, üç atom çarpışacak. İkisi bir molekül oluşturacak ve üçüncüsü tek kalacak. Ancak üçüncüsü tepkide bir rol oynadı.

teknolojik yetenekler

Bu atılım, yeni bir çağın başlangıcını işaret ediyor. Deneyde iki tane kullanılmasına rağmenMısır Moleküller, daha büyük ve daha karmaşık moleküllerle çalışma planları var.

Chen, “Kuantum geometri anlayışımızı ve bilgimizi daha karmaşık parçacıklara ne kadar ileri götürebileceğimiz, bu bilimsel toplulukta önemli bir araştırma yönüdür” dedi.

Alandaki bazı kişiler, örneğin kuantum bilgisayarlarda veya kuantum bilgi işlemede parçacıkları kübitler olarak kullanmayı tasavvur ettiler. Diğer bilim adamları, simetri ihlali gibi evrenin temel yasalarını test etmek gibi temel yasaların ve etkileşimlerin daha kesin ölçümlerine açılan kapılar olarak keşfediyorlar.

Referans: “Multibody Chemical Reactions in a Quantitative Decay Gas” Yazan: Zhendong Zhang, Shu Nagata, Kai-Xuan Yao ve Cheng Chin, 24 Temmuz 2023, Buradan ulaşabilirsiniz. doğa fiziği.
DOI: 10.1038/s41567-023-02139-8

Zhendong Zhang (PhD 22, şimdi Stanford Üniversitesi’nde) ve Kai-Xuan Yao (PhD 22, şimdi Citadel’de) makalenin ortak yazarlarıydı.

Finansman: Ulusal Bilim Vakfı, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi, Grainger Mezun Bursu, Takenaka Vakfı Bursu.