Сегодня 29 марта 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
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 🔥
Крупное обновление добавило в No Man’s Sky возможность создавать собственные космические корабли — фанаты мечтали об этом с 2016 года 2 ч.
CD Projekt раскрыла, как продвигается разработка The Witcher 4, и похвасталась успехами Cyberpunk 2077 2 ч.
Громкие анонсы «без рекламы и лишней болтовни»: ведущие инди-разработчики устроят собственную игровую презентацию The Triple-i Initiative 3 ч.
Databricks представила открытую LLM DBRX, превосходящую GPT-3.5 Turbo 3 ч.
«Всегда обидно, когда хейтеры оказываются правы»: Earthblade от авторов Celeste не выйдет и в 2024 году 4 ч.
США запретили властям использовать ИИ, который ущемляет американцев 5 ч.
Экшен-платформер Nine Sols от создателей Devotion наконец получил дату выхода — это смесь Hollow Knight и Sekiro: Shadows Die Twice в стиле даопанка 6 ч.
Разработчики Homeworld 3 раскрыли, как улучшат игру после критики фанатов 7 ч.
Экс-глава EA Russia Тони Уоткинс сделает Astrum Entertainment «компанией №1» на российском рынке видеоигр 10 ч.
Магазин чат-ботов ChatGPT провалился, но им пользуются ученики школ и университетов 10 ч.
Новая статья: Обзор лазерного 4К-проектора Hisense Laser Mini Projector C1: передовые технологии в действии 33 мин.
В Китае запустили связь 5.5G — первыми её поддержку получили смартфоны Oppo Find X7 2 ч.
Apple представит обновлённые планшеты iPad Pro и iPad Air в начале мая, если слухи верны 3 ч.
Глобальное потепление замедлило вращение Земли, и в этом уже нашли плюсы 4 ч.
Nautilus запустила линейку инфраструктурных решений EcoCore для модульных ЦОД 4 ч.
Китай нарастил закупки нидерландского оборудования для выпуска чипов в несколько раз, несмотря на санкции 5 ч.
Оптика для HBM: стартап Celestial AI получил ещё $175 млн инвестиций, в том числе от AMD и Samsung 5 ч.
Logitech представила беспроводную низкопрофильную клавиатуру Signature Slim K950 5 ч.
Под давлением пользователей Google преодолела аппаратные ограничения для внедрения ИИ в Pixel 8 6 ч.
В апреле Meta добавит искусственный интеллект в умные очки Ray-Ban Meta 6 ч.