Впервые ученые непосредственно наблюдали молекулярный танец, который имеет решающее значение для основных химических реакций, таких как фотосинтез. Для этого им пришлось с помощью квантового компьютера замедлить химическую реакцию в невероятные 100 млрд. раз.
Новое исследование, опубликованное 28 августа в журнале Nature Chemistry, посвящено изучению молекулярного взаимодействия, известного как коническое пересечение. Конические пересечения — это точки в геометрии молекул, в которых энергия между двумя поверхностями равна. Они действуют подобно воронкам между электронными состояниями, обеспечивая быстрые переходы, способствующие протеканию химических реакций. Конические пересечения встречаются во многих реакциях, включая такие повседневные, как фотосинтез и светоощущающие реакции, протекающие в сетчатке глаза.
Однако из-за того, что эти реакции происходят так быстро, ученые никогда не наблюдали коническое пересечение в действии. Для этого исследователи из Сиднейского университета использовали устройство, называемое квантовым компьютером с ловушками, которое фиксирует квантовые частицы в электрических полях и манипулирует ими с помощью лазеров.
«В природе весь процесс завершается в течение фемтосекунд», — отметила в своем заявлении Ванесса Олайя Агудело, докторант химического факультета, соавтор нового исследования. «Это миллиардная часть миллионной — или квадриллионной — доли секунды. Используя наш квантовый компьютер, мы создали систему, которая позволила замедлить химическую динамику с фемтосекунд до миллисекунд».
Это замедление позволило исследователям провести значимые измерения реакции в процессе ее протекания.
«Наш эксперимент не был цифровой аппроксимацией процесса — это было прямое аналоговое наблюдение квантовой динамики, разворачивающейся с той скоростью, которую мы могли наблюдать», — заявил соавтор исследования Кристоф Валаху, физик из Сиднейского университета.
По словам исследователей, понимание этой сверхбыстрой динамики может дать новые знания о химических реакциях для различных применений.
«Именно понимание этих базовых процессов внутри молекул и между ними может открыть нам новый мир возможностей в материаловедении, разработке лекарств или сборе солнечной энергии», — сказал Олайя Агудело. «Это также может помочь улучшить другие процессы, которые зависят от взаимодействия молекул со светом, например, как образуется смог или как повреждается озоновый слой».
Нет комментариев