Por primera vez, los investigadores han observado «superquímica cuántica» 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 rápidamente que los átomos o moléculas que están en diferentes estados. estados cuánticos. Un estado cuántico es un conjunto de características de una partícula cuántica, como el giro (momento angular) o el nivel de energía.
Para observar esta nueva química supercargada, 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. Y cuantos más átomos estaban involucrados, es decir, cuanto mayor era la densidad de los átomos, más rápidas eran las reacciones químicas.
«Lo que vimos se alineó con las predicciones teóricas», dijo en un comunicado Cheng Chin, profesor de física en la Universidad de Chicago que dirigió la investigación. declaración. «Este ha sido un objetivo científico durante 20 años, por lo que es una era muy emocionante».
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«Lo que vimos se alineó con las predicciones teóricas», dijo en un comunicado Cheng Chin, profesor de física en la Universidad de Chicago que dirigió la investigación. declaración. «Este ha sido un objetivo científico durante 20 años, por lo que es una era muy emocionante».
El equipo informó sus hallazgos el 24 de julio en la revista Física de la naturaleza. Observaron la superquímica cuántica en los átomos de cesio que se emparejaron para formar moléculas. Primero, enfriaron el gas de cesio hasta casi el cero absoluto, el punto en el que cesa todo movimiento. En este estado frío, podrían facilitar que cada átomo de cesio pase al mismo estado cuántico. Luego alteraron el campo magnético circundante para iniciar el enlace químico de los átomos.
Estos átomos reaccionaron más rápidamente juntos para formar moléculas de cesio de dos átomos que cuando los investigadores realizaron el experimento en gas normal no superenfriado. Las moléculas resultantes también compartieron el mismo estado cuántico, al menos durante varios milisegundos, después de lo cual los átomos y las moléculas comienzan a descomponerse y ya no oscilan juntos.
«[W]Con esta técnica, puedes dirigir las moléculas a un estado idéntico», dijo Chin.
Los investigadores descubrieron que aunque el resultado final de la reacción era una molécula de dos átomos, en realidad estaban involucrados tres átomos, con un átomo de repuesto que interactuaba con los dos átomos de enlace de una manera que facilitaba la reacción.
Esto podría ser útil para aplicaciones en química cuántica y computación cuántica, ya que las moléculas en el mismo estado cuántico comparten propiedades físicas y químicas. Los experimentos forman parte del campo de la química ultrafría, 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 podrían usarse como qubits, o los bits cuánticos que transportan información en la computación cuántica, por ejemplo.
El estudio usó solo moléculas simples, por lo que el próximo objetivo es intentar crear una superquímica cuántica con moléculas más complejas, dijo Chin.
«Hasta dónde podemos llevar nuestra comprensión y nuestro conocimiento de la ingeniería cuántica, en moléculas más complicadas, es una dirección de investigación importante en esta comunidad científica», dijo.
Este artículo fue proporcionado por Live Science.
