Výskumníci z University of Chicago vo svojej novej práci predstavujú úplne prvé dôkazy o existencii takzvanej „kvantovej superchémie“. Ide o fenomén počas ktorého častice v rovnakom kvantovom skupenstve prechádzajú kolektívnymi akcelerovanými reakciami.
Ide o fenomén, ktorý bol v minulosti predpovedaný, no doteraz ho výskumníci nepozorovali v laboratóriu. Objav teda otvára dvere k novému vedeckému odboru, ktorý by mohol vedcom pomôcť lepšie pochopiť kvantovo podporované chemické reakcie. Praktické využitie tieto reakcie nájdu v kvantovej chémii alebo pri výskumoch kvantovej výpočtovej technológie. Vedci však nezavrhujú ani možnosť, že nájdu uplatnenie aj v iných odboroch. Veria napríklad, že im kvantová superchémia môže pomôcť pochopiť zákony, ktorými sa riadi celý vesmír.
„Počas našich experimentov sme pozorovali fenomén, ktorý sa dokonale zhodoval s teoretickými predpoveďami. Získali sme niečo, na čom vedci pracovali posledných 20 rokov,“ tvrdí Cheng Chin, vedúci laboratória, v ktorom prebehol výskum.
V rámci tohto nového experimentu vedci pracovali s časticami s mimoriadne nízkou teplotou blížiacou sa k absolútnej nule. Absolútna nula, teda 0 Kelvina alebo -273,15 stupňov Celzia je najnižšia možná teplota, ktorú môžeme dosiahnuť. Pri absolútnej nule sa podľa teórie zastavujú všetky procesy. Zároveň ide o teoretickú teplotu, teda prakticky sa ku nej môžeme len priblížiť, no nikdy ju nedosiahneme.
Rýchlejšie reakcie
V teplotách blížiacich sa absolútnej nule sa dokážu častice dostať do rovnakého kvantového skupenstva, pri ktorom vykazujú nezvyčajné schopnosti a správanie. Teória nám hovorí, že skupina atómov a molekúl v rovnakom kvantovom skupenstve sa počas chemických reakcií správa inak. Dosiahnuť podmienky na uskutočnenie tohto fenoménu ale nie je vôbec jednoduché. Aj to je jeden z dôvodov, prečo nebol fenomén kvantovej superchémie doteraz pozorovaný.
Nová štúdia pracovala s atómami cézia, ktoré schladili a následne ich uviedli do rovnakého kvantového skupenstva. Potom sledovali ako atómy medzi sebou reagovali. V bežnej chémii sa atómy zrážajú a je určitá pravdepodobnosť, že kolízia vytvorí molekulu. Zákony kvantovej mechaniky však predpovedajú, že atómy v kvantovom skupenstve vykonávajú dej kolektívne.
„V kvantovom svete nie je chemická reakcia otázkou kolízie nezávislých častíc, no hovoríme o kolektívnom procese. Znamená to, že všetky častice reagujú spolu ako celok,“ vysvetlil Chin.
V praxi to znamená, že celá reakcia prebehne rýchlejšie než v bežnom prípade. Ako vysvetľujú vedci, čím viac atómov v tomto systéme máme, tým rýchlejšie sa reakcia udeje. Molekuly v odlišných skupenstvách môžu mať odlišné fyzikálne a chemické vlastnosti, no niekedy veci potrebujú vytvoriť „za hrsť“ molekúl v určitom skupenstve. Bežná chémia nás učí, že ide viac-menej o náhodu. S týmto procesom však môžu výskumníci molekuly naviesť do špecifického skupenstva.
Hoci je tento proces zatiaľ len v plienkach, vedci pracujú na tom, aby dokázali narábať aj s väčšími a komplexnejšími molekulami. Veria, že v budúcnosti by táto kvantová superchémia našla uplatnenie v kvantových počítačoch.
