Експеримент, що розкриває таємниці. Зафіксовано квантове тремтіння атомів у молекулі перед її руйнуванням
Вчені вперше змогли безпосередньо спостерігати квантове тремтіння атомів у складній молекулі за мить до її розпаду. Дослідники в Європейському XFEL біля Гамбурга використовували ультракороткі та потужні рентгенівські імпульси, щоб вразити молекулу 2-йодопіридину.
Під дією енергії електрони були відірвані, і молекула стала високо зарядженою системою, яка миттєво розпалася через взаємне відштовхування. Відстежуючи напрямки розліту фрагментів, науковці відтворили форму та внутрішній рух молекули в момент її руйнування.
Як пояснив Маркус Ільхен, провідний автор дослідження:
«Молекула не є жорсткою, а перебуває у постійному русі через квантові флуктуації. Ми змогли сфотографувати цей рух, розірвавши молекулу і проаналізувавши напрямки фрагментів.»
Для цього використовували реакційний мікроскоп COLTRIMS, який може відстежувати заряджені частинки з точністю до фемтосекунд — це одна квадрильйонна секунди. Прилад реєстрував кілька фрагментів одночасно, дозволяючи створити тривимірну карту структури молекули прямо перед розпадом.
Дослідники помітили, що фрагменти розліталися не строго у площині, як це відповідає формі молекули, а з невеликими відхиленнями — ознаками руху, що «замерзли» у часі.
Як зазначив Тілл Яньке, старший науковець European XFEL:
«Ми спостерігаємо квантовий рух нульової точки, який завжди присутній навіть при абсолютному нулі температури. Це найменший можливий рух системи.»
Цей рух не був випадковим, а демонстрував скоординоване тремтіння атомів — характерне для когерентного квантового руху, а не теплових коливань.
Класична фізика не змогла пояснити отримані результати — співпадіння з експериментом було можливе лише після врахування квантових ефектів.
Оскільки не всі фрагменти можна було виміряти у кожному випадку, команда застосувала статистичний метод для відтворення повної геометрії й руху молекули з часткових даних. Це дало змогу отримати точну картину процесу руйнування.
Арно Рузає з Інституту Макса Борна підкреслив:
«Це важливий прорив у молекулярній візуалізації. Тепер ми можемо спостерігати квантовий рух у складних молекулах у реальному часі.»
Експеримент допомагає краще зрозуміти поведінку матерії на квантовому рівні і може стати основою для подальших досліджень у хімії, фізиці та квантовому моделюванні.
