«Квантовую суперхимию» впервые наблюдали в лабораторных экспериментах
В квантовом масштабе проявляются все виды странного поведения. Атомы могут существовать в нескольких состояниях одновременно, становиться запутанными и мгновенно передавать информацию на любое расстояние или проходить сквозь барьер, который они не в состоянии перепрыгнуть. Ученые пытаются использовать эти явления для создания более мощных вычислительных систем, нового типа связи и других технологий.
Квантовая суперхимия
В новой работе команда ученых обнаружила первое прямое доказательство ранее предсказанного квантового эффекта, известного как суперхимия. Она начинается со странного состояния вещества, называемого конденсатом Бозе-Эйнштейна, в 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. Было высказано предположение, что вовлечение атомов в этом состоянии в химические реакции дало бы результаты, отличные от обычных.
В классической химии атомы в смеси будут случайно сталкиваться, и при каждом столкновении есть шанс, что они соединятся, образуя молекулу. Но если все атомы находятся в одном и том же квантовом состоянии, вместо этого они теперь выполняют действия вместе.
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 свидетельства странного явления во время процесса – взаимодействия трех тел происходили чаще, чем взаимодействия двух тел. По сути, три атома сталкиваются, два соединяются, образуя молекулу, а третий каким-то образом помогает процессу.