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 🔥
Новая страница: Broadcom представила VMware Cloud Foundation 5.2 27 мин.
«Просто оскорбление»: игроков возмутил анонс июльской подборки для подписчиков PS Plus 54 мин.
Фальшивые адвокаты всё чаще повторно обманывают жертв крипто-мошенников 2 ч.
Спустя 10 лет культовая игра 7 Days to Die выйдет из раннего доступа — версию 1.0 уже можно попробовать 3 ч.
Windows 11 научилась создавать архивы 7-Zip и TAR в «Проводнике», получила Emoji 15.1 и рекомендации игр в Game Pass 3 ч.
Аналитики: Resident Evil Village, Resident Evil 4, Death Stranding и Assassin's Creed Mirage провалились в продажах на iPhone 15 Pro 4 ч.
Stability AI сменила руководство и привлекла 80 млн долларов инвестиций 4 ч.
Reddit введёт жёсткие меры против сборщиков контента для обучения ИИ 4 ч.
В коде ИИ-гаджета Rabbit R1 обнаружена ошибка, которая открывает доступ к личным данным пользователей 5 ч.
В 2023 году оборот российских софтверных компаний вырос почти на 20 % 5 ч.
Представлен смартфон Realme 12 4G с OLED-дисплеем, быстрой зарядкой и ценой $215 2 ч.
Производитель электрических суперкаров Rimac представил беспилотное такси Verne — перевозки начнутся в 2026 году 3 ч.
Квантовые вычисления для всех: представлен карманный эмулятор 30-кубитовой квантовой системы Quokka 4 ч.
В России начались продажи игрового смартфона Infinix GT 20 Pro с броским дизайном, подсветкой и мощной начинкой 4 ч.
Vivo выпустила смартфон среднего уровня Y28s 5G с Dimensity 6300, 50-Мп камерой и батареей на 5000 мА·ч 5 ч.
Разработчика роботакси Cruise возглавил бывший топ-менеджер Xbox 5 ч.
К 2028 году СЖО займут треть рынка систем охлаждения ЦОД 5 ч.
Представлен бюджетный смартфон Realme C61 с защитой от пыли и воды IP54 6 ч.
Шлюз веб-безопасности Solar webProxy дополнился аналитикой центра исследования киберугроз Solar 4RAYS 6 ч.
Таиланд разрешил дата-центрами напрямую приобретать «зелёную» энергию, но пока лимит составляет 2 ГВт 6 ч.