Uma equipe da Universidade de Chicago acaba de anunciar a primeira demonstração do química ultraquântica. Este termo refere-se a um fenômeno que foi previsto por muito tempo na teoria, mas não foi observado na prática Partículas no mesmo estado quântico podem interagir a uma velocidade incrível, muito além do que é observado na química clássica.
Quando os átomos se tornam um
O laboratório por trás desse trabalho é especializado no comportamento de partículas em temperaturas extremamente baixas. Aproximando-se do zero absoluto, as partículas podem formar ligações inextricáveis e compartilhar o mesmo estado quântico, ou seja, com o mesmo spin e um nível de energia absolutamente idêntico.
Nessas condições, esses organismos formam os chamados condensador Bose-Einstein, uma espécie de superpartícula uniforme. E esses condensados têm propriedades únicas que não existem à temperatura ambiente, quando os átomos não se agrupam em um condensador.
Uma vez que essas propriedades foram reveladas, os pesquisadores continuam estudando as interações de partículas no mesmo estado quântico para identificar outras propriedades interessantes. Por exemplo, uma equipe mostrou que esse fenômeno desempenha um papel na fotossíntese das plantas (veja nosso artigo abaixo).
Fotossíntese de plantas usa prestidigitação quântica
A teoria também sugere que, nessas condições, Átomos e moléculas interagem de maneiras muito diferentes durante as reações químicas. Mas até agora ninguém foi capaz de provar isso experimentalmente devido a um grande obstáculo técnico.
Na verdade, já é difícil colocar muitos átomos no mesmo estado quântico. A menor perturbação no sistema pode perturbar esse delicado equilíbrio. No entanto, para explorar os prós e contras da metaquímica quântica, a dificuldade deve ser aumentada em um nível. Isso envolve trabalhar na escala das moléculas, que são grupos de átomos conectados por diferentes tipos de ligações. E por causa de seu tamanho e complexidade estrutural, eles são É mais difícil controlar com precisão as propriedades quânticas de uma molécula de um átomo ou partícula isolada.
Já se passaram quase dois anos desde que os pesquisadores conseguiram isso pela primeira vez (veja este comunicação). E era de fato uma equipe da mesma universidade; Também dirigido por Cheng ChenEle também é o principal autor deste novo trabalho.
Este grande sucesso rendeu-lhes as mais calorosas felicitações dos seus colegas. Mas mesmo que eles tenham sido os primeiros a colocar várias partículas no mesmo estado quântico, ainda é Longe de entender todas as sutilezas dos mecanismos básicos. “ Avançar nossa compreensão da geometria quântica ao nível dessas partículas mais complexas é um dos principais focos de pesquisa em nossa comunidade científica. Cheng Chen explica.
Reações mais rápidas e produtos com propriedades únicas
Em seu novo experimento, sua equipe trabalhou com o gás césio, substância usada em centrífugas, relógios atômicos ou como solução eletrolítica em acumuladores. Em seguida, eles resfriaram o gás a uma temperatura próxima ao zero absoluto antes de expô-lo a um campo magnético.
Em condições normais, a agitação térmica desses átomos faz com que cada um deles tenha uma certa probabilidade de colidir com seu vizinho para formar uma molécula diatômica de fórmula Cs2. Mas nas condições do experimento, a indução térmica é tão baixa que a probabilidade dessas colisões ocorrerem torna-se quase nula. Intuitivamente, pode-se pensar que uma molécula não pode ser formada. No entanto, aconteceu exatamente o oposto.
Como previsto pelos modelos, Todos esses átomos no mesmo estado quântico se comportaram como um sistema unificado : Eles são coletados no mesmo condensador Bose Einstein. ” Não tratamos mais uma reação química como resultado de colisões entre partículas independentes, mas como um processo coletivo Chen diz. ” Todo o sistema interage em conjunto, holisticamente “.
Uma consequência desse fenômeno é que A reação aconteceu mais rápido que o normal. Os pesquisadores também notaram que quanto maior o número de átomos, mais rápida é a reação. Este é realmente um ponto muito promissor. Mas não é apenas a velocidade de reação que mudou; Esta reação supraquímica também tem alteraram as propriedades do produto final.
Chen mostra que a mesma molécula, formada pelos mesmos átomos, pode ter diferentes propriedades químicas dependendo de seu estado quântico. Na química convencional, essas diferenças são imperceptíveis, pois as reações produzem uma mistura de partículas em diferentes estados quânticos. Mas com essa técnica, sua equipe conseguiu Partículas Cs2 que compartilham o mesmo estado quântico virtual. Este é um grande avanço em relação ao trabalho anterior. Eles só conseguiram esse resultado em condições muito controladas, enquanto aqui deixaram a reação seguir seu curso.
Uma nova era para a química?
Esse experimento, baseado em uma molécula simples de dois átomos, foi apenas o começo. No futuro, os pesquisadores passarão para moléculas mais complexas, que incluem mais átomos. A equipe espera que esse processo acabe por inaugurar uma “nova era” na química.
No papel, domesticar a superquímica quântica poderia levar Progresso significativo em muitas disciplinas. Pode ser, por exemplo, uma ferramenta muito interessante para acelerar o desenvolvimento da computação quântica; Os pesquisadores sugerem que essas partículas perfeitamente coerentes poderiam servir como qubits em computadores quânticos.
Além da prática, entender a mecânica desse fenômeno também pode permitir que os teóricos entendam melhor as leis que regem o funcionamento do nosso universo em uma escala infinitamente pequena.
Assim, damos a vocês uma data em alguns anos para ver se a química superquântica se imporá no vocabulário acadêmico e industrial e se realmente levará a grandes avanços como esperado.
