Por primera vez, los investigadores han observado «química supercuántica» en el laboratorio.
Teorizado durante mucho tiempo, pero nunca antes visto, la superquímica cuántica es un fenómeno en el que los átomos o moléculas en el mismo estado cuántico reaccionan químicamente más rápido que los diferentes átomos o moléculas. Estados cuánticos. Un estado cuántico es un conjunto de propiedades de una partícula cuántica, como su giro (momento angular) o nivel de energía.
Para monitorear este nuevo cargo química, los investigadores tuvieron que persuadir no solo a los átomos, sino a moléculas enteras, al mismo estado cuántico. Sin embargo, cuando lo hicieron, vieron que las reacciones químicas ocurrían colectivamente, en lugar de individualmente. Cuanto mayor sea el número de átomos involucrados, lo que significa que cuanto mayor sea la densidad de los átomos, más rápidas serán las reacciones químicas.
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Cheng Chen, profesor de física en la Universidad de Chicago que dirigió la investigación, dijo V.I. declaración. «Este ha sido un objetivo científico durante 20 años, por lo que es una era muy emocionante».
El equipo anunció sus hallazgos el 24 de julio en la revista Nature. física de la naturaleza. Observaron la química cuántica superior en los átomos de cesio que se acoplan para formar moléculas. Primero, enfriaron el gas de cesio hasta casi el cero absoluto, el punto en el que se detiene todo movimiento. En este estado enfriado, pueden transformar cada átomo de cesio en el mismo estado cuántico. Luego alteraron el campo magnético circundante para desencadenar el enlace químico de los átomos.
Estos átomos reaccionaron juntos más rápidamente para formar moléculas diatómicas de cesio que cuando los investigadores realizaron el experimento en un gas normal, no muy enfriado. Las partículas resultantes también comparten el mismo estado cuántico, al menos durante varios milisegundos, después de lo cual los átomos y las moléculas comienzan a decaer y ya no vibran juntos.
«[W]Con esta técnica, puedes dirigir las moléculas a un estado congruente”.
Los investigadores encontraron que aunque el resultado final de la reacción era una molécula con dos átomos, en realidad estaban involucrados tres átomos, con un átomo de repuesto interactuando con dos átomos de enlace de una manera que facilita la reacción.
Esto podría ser útil para aplicaciones en química cuántica y computación cuántica, donde las partículas en el mismo estado cuántico comparten propiedades físicas y químicas. Los experimentos forman parte del campo de la química criogénica, cuyo objetivo es obtener un control increíblemente detallado de las reacciones químicas aprovechando las interacciones cuánticas que se producen en estos estados fríos. Las partículas ultrafrías se pueden usar como qubits o bits cuánticos que transportan información en la computación cuántica, por ejemplo.
Chen dijo que el estudio solo usó partículas simples, por lo que el próximo objetivo es tratar de crear una química cuántica superior con partículas más complejas.
«Hasta dónde podemos llevar nuestra comprensión y conocimiento de la geometría cuántica, en partículas más complejas, es una dirección de investigación importante en esta comunidad científica», dijo.
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