реклама
Новости Hardware

Химики освоили квантовое туннелирование — на одну загадку устройства Вселенной стало меньше

Квантовая физика неплохо развилась вплоть до практической реализации (туннельные явления, кубиты и прочее), но для химиков квантовые события — это тёмный лес. Между тем, как и любые процессы в этом мире, химические реакции подвержены законам квантового мира. Учёные впервые выяснили, до какой степени можно пренебрегать ими при изучении химических процессов и как квантовые явления в химических реакциях влияют на физический мир.

 Источник изображения: Universität Innsbruck/Harald Ritsch

Ионы пробивают энергетические барьеры для химической связи с молекулами. Источник изображения: Universität Innsbruck/Harald Ritsch

Учёным очень сложно теоретически описать точное квантово-механическое химическое взаимодействие трёх частиц, а для более четырёх реагентов это практически невозможное задание. Поэтому всё сводится к пренебрежению квантовыми эффектами и к решению задач только с позиции классической физики. Подобное приближение удобно для практического применения в повседневной жизни, но не позволяет разобраться в ряде фундаментальных процессов мироустройства.

Очевидно, что для изучения квантовых явлений в химических реакциях необходимо придумать и поставить эксперимент, который был бы подтверждён теоретическими выкладками. Эффект туннелирования оказался одним из наиболее удобных кандидатов на постановку такого эксперимента, но на его организацию потребовались годы планирования.

Опыт удался у команды исследователей из Университета Инсбрука, о чём они сообщили в свежем выпуске журнала Nature. Для опыта был выбран изотоп водорода дейтерий, который поместили в ионную ловушку и охладили, после чего заполнили ловушку газообразным водородом. За счёт сильного охлаждения отрицательно заряженным ионам дейтерия не хватало энергии для химической реакции с молекулами водорода. Тем не менее, отдельные ионы дейтерия вступали в реакцию с молекулами водорода, чего не могло быть с точки зрения классической физики.

«Квантовая механика позволяет частицам преодолевать энергетический барьер благодаря их квантово-механическим волновым свойствам, и происходит реакция, — объяснил ведущий автор исследования Роберт Уайлд (Robert Wild). — В нашем эксперименте мы даём возможным реакциям в ловушке около 15 минут, а затем определяем количество образовавшихся ионов водорода. По их количеству мы можем сделать вывод о том, как часто происходила реакция».

Предложенный в 2018 году теоретический расчёт показал, что в условиях эксперимента одно квантовое туннелирование будет происходить в одном случае из каждых ста миллиардов столкновений, что учёные из Инсбрука смогли подтвердить на практике. Иными словами, для химической реакции с квантовыми явлениями эксперимент впервые подтвердил теорию. Одновременно это была самая медленная реакция с заряженными частицами из когда-либо наблюдавшихся.

На основе проведённого исследования можно разработать более простые теоретические модели «квантовых» химических реакций и проверить их на реакции, которая уже успешно продемонстрирована. Туннельный эффект возникает во многих физических и химических процессах, а это путь к их лучшему пониманию и к открытию явлений, которые были либо плохо объяснимыми, либо вовсе непонятными для науки, например, такими, как астрохимический синтез молекул в межзвёздных облаках. Подтверждающий теорию эксперимент — это лучшее, что можно использовать для новых открытий.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Вечерний 3DNews
Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
Материалы по теме
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Disney внедрил «рекламные игры» в стриминговые сервисы Hulu и ESPN 10 ч.
Meta перестала обучать ИИ на данных пользователей, но только из ЕС 10 ч.
Новая статья: XDefiant — зов долга, но не тот. Рецензия 11 ч.
В Сети нашли намёк на сроки выхода крупного эксклюзива Xbox — ролевой игры Clockwork Revolution, похожей на BioShock Infinite 11 ч.
The Talos Principle 2 получила «грандиозное» дополнение Road to Elysium со счастливой концовкой и сложнейшими загадками 11 ч.
Ubisoft превращается в «Абстерго»: платформу Assassin’s Creed Infinity переименовали в «Анимус» 13 ч.
Apple станет первой компанией, которой ЕС предъявит обвинение по закону DMA — из-за монополии App Store 13 ч.
Статистика назвала самые желанные игры с летних презентаций — Doom: The Dark Ages на втором месте 14 ч.
Bandai Namco анонсировала первый за несколько месяцев патч для Elden Ring и раскрыла системные требования Shadow of the Erdtree 15 ч.
«Базальт СПО» представила открытую библиотеку libdomain для управления службами каталогов 16 ч.
На всех парах: Google запитает от геотермальной энергии ЦОД в Неваде 1 мин.
Intel поймала AMD на подтасовке результатов в ИИ-тестах EPYC против Xeon 10 ч.
Южнокорейские ИИ-стартапы Sapeon и Rebellions объединятся, чтобы вместе противостоять NVIDIA 11 ч.
Lian Li представила корпус O11 EVO RGB Automobili Lamborghini в стиле итальянских суперкаров 13 ч.
Марсоход Perseverance наткнулся на опасное поле валунов, но смог обогнуть его по руслу древней реки 16 ч.
Samsung Galaxy Z Fold6 показался на видео в форме макета — его сравнили с предшественником 16 ч.
Учёные облачили ДНК в искусственный янтарь — получилось сверхплотное и долговечное хранилище данных 17 ч.
Спрос на ЦОД в Азиатско-Тихоокеанском регионе значительно превышает предложение 18 ч.
Суд взыскал с производителя электроники «Ангстрем» более €1 млрд в пользу «ВЭБ.РФ» 18 ч.
Глобальный рынок смартфонов столкнулся с перенасыщением 18 ч.